新研究發現，捕獲鎂離子與CRISPR基因編輯酶相互作用的高分辨率圖像

被稱為CRISPR的基因編輯技術已經在農業、健康研究等領域帶來了革命性的變化。

在發表在《自然催化》雜志上的一項研究中，佛羅里達州立大學的科學家們制作了**張高分辨率的延時圖像，顯示了當CRISPR-Cas9酶切割DNA鏈時，鎂離子與它相互作用，提供了明確的證據，表明鎂在化學鍵斷裂和幾乎同時的DNA切割中都起著作用。

化學與生物化學系教授、分子生物物理研究所所長Hong Li說：“如果你正在切割基因，你不希望只有一條DNA鏈斷裂，因為細胞可以很容易地修復它，而不需要編輯。你希望兩條線都被打破，你需要兩個切口緊密相連。鎂在其中發揮了作用，我們確切地看到了它是如何起作用的。”

CRISPR-Cas9是最廣泛使用的基因操作工具。該技術使用一種重新定位的酶與DNA結合，允許在基因組的特定位置進行改變。

科學家們已經知道鎂在這一過程中發揮了作用，但不清楚具體是如何發揮作用的，也沒有人能夠近距離捕捉到這一過程的延時圖像。通過利用較慢版本的CRISPR-Cas9，這項研究表明，催化反應中心的鎂離子是近乎同時切割的關鍵。

“我認為很多時候在科學中，即使你可以推斷一些事情，你也想要證明，例如，每個人都知道你需要鎂，但沒有看到它的作用，這不是完整的科學，對吧?”你對它是如何運作的理解程度不同。”

研究人員使用FSU生物科學成像資源的冷凍電子顯微鏡，可以產生接近原子分辨率的圖像，觀察金屬離子和其他原子在CRISPR-Cas9酶內的作用。這使得他們收集的數據不僅證實了他們早期的假設，而且還導致了關于鎂如何協調雙鏈斷裂的驚人發現。

CRISPR于2013年在基因編輯領域**亮相，從那時起，科學家們一直在努力提高其可靠性，并擴大其對各種不同生物和細胞類型的適用性。

“通過改變活性位點——切割目標和非目標DNA鏈的‘剪刀’——我們可以改變Cas9使用替代金屬進行切割的能力，CRISPR還有很多需要探索的地方。”

了解每個元素如何影響酶的功能，可以讓科學家深入了解哪些研究途徑可能產生新的知識和用途。李和她的團隊正計劃進一步研究如何將CRISPR-Cas9重組用于其他目的。

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