DNA引导CRISPR:更精准还是更危险?

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05-31 21:51

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刚刚看了一篇发在最近一期 Science 上的研究(doi.org/10.1126/science.aed1656)。看完之后我缓了好几分钟才缓过来。我们之前对生命的认知是:遗传信息记录在 DNA 或 RNA 里;DNA 和 RNA 可以自我复制,可以合成蛋白质。而这个研究发现某种细菌体内有一种酶,这种酶能以自身为模板合成 DNA !!!这项研究的涟漪具体会带来什么还不好说,但至少教科书要改写了。
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地球上最早的生命到底是怎么冒出来的?这事儿一直困扰着生物学家。在今天的生命体系里,分工极其明确:DNA像是一张严密的工程图纸,负责记录遗传信息;蛋白质则是满头大汗的建筑工人,负责搬砖干活。可问题就在这儿:没有图纸,工人不知道怎么建房子;没有工人,图纸也就是一叠废纸。那么,地球在几十亿年前那个荒凉的“原始汤”里,是怎么同时凑齐这两个专业团队的?科学家们把目光投向了RNA。RNA这个分子平时看起来像是DNA的“小弟”,但它有个深藏不露的绝活。它既能像DNA那样携带遗传编码,又能像蛋白质那样折叠成复杂的形状,去催化化学反应。简单说,它既能当图纸,又能当工人。生物学界有一个大胆的猜想:在生命演化的最初阶段,地球是RNA一个人的舞台。但这个猜想里缺了最关键的一环:我们还没见过哪个RNA能独立完成“自我复制”。如果不能生小宝宝,那这个分子再厉害,等它寿终正寝时,生命的火种也就灭了。最近,《科学》杂志报道了一个突破性的进展。来自法国和英国的联合研究团队,找到了一段短得不可思议的RNA。这段RNA只有45个碱基长。在生物界,这简直就是个“小不点”。之前科学家合成的那些具备类似能力的分子,动辄几百个碱基长,复杂得像台精密仪器。而这个被命名为QT-45的分子,简练得像个零件。研究人员把QT-45扔进一个充满冰水的盐溶液里,这模拟了地球早期的极端环境。他们发现,QT-45真的开始“生孩子”了。它是怎么做到的呢?QT-45展现出一种极其高效的适应性,能把周围环境里散落的三碱基小片段抓过来,像拼积木一样,对照着自己的模板拼接起来。虽然这个过程在人类看来慢得离谱——它复制一次自己甚至需要几个月的时间,而且动作还有点笨拙,平均每抄写100个字母就会错掉5个。但这正是让科学家兴奋的地方。这种“错误”在生物学上有个更高级的名字:突变。有了错误,就意味着下一代和上一代不完全一样。在漫长的地质年代里,这些带着微小差异的后代会互相竞争,有的死掉了,有的变得更强。这种笨拙的复制,恰恰就是进化引擎启动的第一声轰鸣。更绝的是,这种只有45个碱基的小分子,在随机序列中出现的概率高得惊人。科学家算了一笔账:在地球早期的环境里,这种规模的分子很可能遍地都是。这意味着,生命最初的那个火花,可能并不是什么亿万分之一的惊天巧合,而是自然界在无数次随机碰撞中必然会撞出来的结果。这个QT-45现在还很弱小,效率也不高。但它证明了一件事:即便是在那个荒芜、寒冷的早期地球,只要有足够的时间,最简单的化学分子也能通过这种“笨办法”,硬生生地敲开通往生命的大门。~~~~~~图:通过自身碱基配对,RNA 能够形成具有酶活性的复杂结构。图源:Laguna Design信源:John Timmer 发在 ArsTechnica 的报道 / Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adt2760
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1. 刚刚看了一篇发在最近一期 Science 上的研究(doi.org/10.1126/science.aed1656)。看完之后我缓了好几分钟才缓过来。我们之前对生命的认知是:遗传信息记录在 DNA 或 RNA 里;DNA 和 RNA 可以自我复制,可以合成蛋白质。而这个研究发现某种细菌体内有一种酶,这种酶能以自身为模板合成 DNA !!!这项研究的涟漪具体会带来什么还不好说,但至少教科书要改写了。

2. 地球上最早的生命到底是怎么冒出来的?这事儿一直困扰着生物学家。在今天的生命体系里,分工极其明确:DNA像是一张严密的工程图纸,负责记录遗传信息;蛋白质则是满头大汗的建筑工人,负责搬砖干活。可问题就在这儿:没有图纸,工人不知道怎么建房子;没有工人,图纸也就是一叠废纸。那么,地球在几十亿年前那个荒凉的“原始汤”里,是怎么同时凑齐这两个专业团队的?科学家们把目光投向了RNA。RNA这个分子平时看起来像是DNA的“小弟”,但它有个深藏不露的绝活。它既能像DNA那样携带遗传编码,又能像蛋白质那样折叠成复杂的形状,去催化化学反应。简单说,它既能当图纸,又能当工人。生物学界有一个大胆的猜想:在生命演化的最初阶段,地球是RNA一个人的舞台。但这个猜想里缺了最关键的一环:我们还没见过哪个RNA能独立完成“自我复制”。如果不能生小宝宝,那这个分子再厉害,等它寿终正寝时,生命的火种也就灭了。最近,《科学》杂志报道了一个突破性的进展。来自法国和英国的联合研究团队,找到了一段短得不可思议的RNA。这段RNA只有45个碱基长。在生物界,这简直就是个“小不点”。之前科学家合成的那些具备类似能力的分子,动辄几百个碱基长,复杂得像台精密仪器。而这个被命名为QT-45的分子,简练得像个零件。研究人员把QT-45扔进一个充满冰水的盐溶液里,这模拟了地球早期的极端环境。他们发现,QT-45真的开始“生孩子”了。它是怎么做到的呢?QT-45展现出一种极其高效的适应性,能把周围环境里散落的三碱基小片段抓过来,像拼积木一样,对照着自己的模板拼接起来。虽然这个过程在人类看来慢得离谱——它复制一次自己甚至需要几个月的时间,而且动作还有点笨拙,平均每抄写100个字母就会错掉5个。但这正是让科学家兴奋的地方。这种“错误”在生物学上有个更高级的名字:突变。有了错误,就意味着下一代和上一代不完全一样。在漫长的地质年代里,这些带着微小差异的后代会互相竞争,有的死掉了,有的变得更强。这种笨拙的复制,恰恰就是进化引擎启动的第一声轰鸣。更绝的是,这种只有45个碱基的小分子,在随机序列中出现的概率高得惊人。科学家算了一笔账:在地球早期的环境里,这种规模的分子很可能遍地都是。这意味着,生命最初的那个火花,可能并不是什么亿万分之一的惊天巧合,而是自然界在无数次随机碰撞中必然会撞出来的结果。这个QT-45现在还很弱小,效率也不高。但它证明了一件事:即便是在那个荒芜、寒冷的早期地球,只要有足够的时间,最简单的化学分子也能通过这种“笨办法”,硬生生地敲开通往生命的大门。~~~~~~图:通过自身碱基配对,RNA 能够形成具有酶活性的复杂结构。图源:Laguna Design信源:John Timmer 发在 ArsTechnica 的报道 / Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adt2760

3. #人类精子里藏着一个“衰老时钟”# 会影响男性后代健康。这项发现表明,不管男女,年龄都是生育的毒药。最近,美国犹他大学的研究人员发现,人类精子里其实有一个悄悄走时的“衰老时钟”。简单说,就是精子里的某些RNA会随着男性年龄增长变得越来越长,到了中年还会出现一次明显的“大变化”。 进一步测试发现,这些变化的RNA和后代的代谢、神经退行性变化等基因活动有关。这意味着,父亲的年龄不仅影响精子质量,还可能通过这些RNA影响孩子未来的健康。过去大家更关注DNA,现在看来,RNA的作用也不能忽视。 这个研究不仅能帮助评估男性生育能力,也能让人们在考虑生育时做出更科学的选择。记住年龄吧,生孩子要尽早不要晚。

4. 【清华团队合作开发发现靶向RNA小分子药物的人工智能方法】近年来,RNA正迅速成为新药研发领域的重要靶点。1月2日,清华大学生命科学学院/北京生物结构前沿研究中心团队和北京大学未来技术学院团队合作,在《自然·生物技术》在线发表题为“不依赖RNA三级结构的小分子-RNA相互作用预测”的研究论文。这一工作开发了一个名为SMRTnet的人工智能方法,仅依赖RNA二级结构信息,即可实现对小分子-RNA互作关系及其潜在结合位点的精准预测。论文链接:网页链接(来源:生命学院)#科研速递# 清华大学

5. NASA的冥王号(OSIRIS-REx)探测器从小行星贝努带回的样本里,科学家找到了核糖和葡萄糖。葡萄糖是人体最主要的能量来源,核糖则是RNA的骨架成分。但它们出现在一块有着45亿年历史的太空岩石上,意义就完全不同了。此前,科学家已经在贝努样本中找到过氨基酸、核碱基和磷酸盐。氨基酸是蛋白质的零件,核碱基是DNA和RNA的字母表,磷酸盐把这些字母串成句子。现在加上核糖,构建RNA所需的所有原料都齐了。科学家没有在样本中找到脱氧核糖,那是DNA的核心糖分子。这个缺席反而很重要。它暗示在早期太阳系里,核糖可能比脱氧核糖更常见。这为“RNA世界假说”提供了新证据。这个假说认为,最早的生命形式不依赖DNA,而是由RNA独自完成信息存储和化学反应催化两大任务。现在的生命体系里,DNA负责存储,蛋白质负责干活,RNA则承担信使角色。但在生命诞生之初,可能只有RNA一个分子在唱独角戏。贝努的样本告诉我们,那个更简单的RNA世界所需的原料,在太阳系诞生之初就已经漂浮在星云之中,并被小行星收集起来。这些小行星后来撞击地球,可能就是把生命的原材料送货上门的快递员。但贝努带来的惊喜不止于此。在样本里,科学家还发现了一种从未在任何陨石中见过的物质,研究人员把它比作口香糖。这团古老的“太空胶”富含氮和氧,曾经柔软、有弹性、能被按压出小坑,后来在辐射下变得坚硬脆裂。它的化学结构类似地球上的聚氨酯塑料,但成分更加杂乱无章,每颗颗粒的元素配比都不相同。这团胶是怎么来的?科学家推测,在贝努的母体小行星形成初期,星云中的氨气和二氧化碳反应生成了一种叫氨基甲酸酯的化合物。这种化合物能溶于水,但在小行星内部的水环境形成之前,它们彼此聚合,形成了更大更复杂的分子链,变得不溶于水。换句话说,这团胶记录的是小行星形成后不久发生的最早期化学反应之一。这些黏糊糊的聚合物可能为生命的化学前体提供了温床。它们不是生命本身,但可能搭建了让生命化学反应得以发生的舞台。而在这些样本的深处,还藏着更古老的故事。研究人员在贝努样本中发现了大量的“前太阳系颗粒”,也就是那些比太阳系本身还要古老的星尘。这些尘埃来自太阳诞生之前就已经死去的恒星,其中大部分来自超新星爆发。贝努样本中超新星尘埃的丰度,是已知所有天体材料中最高的,比其他陨石样本高出六倍。这说明贝努的母体小行星形成于原行星盘中一个富集超新星残骸的特殊区域。这些前太阳系颗粒很容易被水破坏。贝努的母体小行星经历过漫长的水蚀变过程,但仍有一些区域保持着相对原始的状态,那里的有机物和星尘都完好地保存了下来。这种不均匀性本身就是一份珍贵的记录,告诉我们一颗小行星的不同部位经历了多么不同的命运。从构建生命的糖,到记录最早化学反应的古老胶体,再到比太阳系更古老的星尘,贝努样本呈现的是一部从恒星死亡到生命萌芽的编年史。这些发现不会直接告诉我们生命是如何开始的,但它们拼出了一幅更清晰的图景:生命所需的原料并非地球独有,它们在太阳系形成之初就已经广泛存在,混杂在星云和小行星之中,等待合适的时机和环境。当OSIRIS-REx探测器在2020年用机械臂触碰贝努表面时,它捕获的不只是一把尘土,而是一扇通往太阳系诞生之初的窗口。透过这扇窗,我们看到的是自己的起源,看到的是那些在虚空中漂泊了数十亿年,最终在某颗蓝色行星上组装成你我的分子。~~~~~~图源:NASA/Goddard/University of Arizona/Dan Gallagher参考文献:1, Yoshihiro Furukawa et al, Bio-essential sugars in samples from asteroid Bennu, Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01838-62, Scott A. Sandford et al, Nitrogen- and oxygen-rich organic material indicative of polymerization in pre-aqueous cryochemistry on Bennu's parent body, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02694-53, Ann N. Nguyen et al, Abundant supernova dust and heterogeneous aqueous alteration revealed by stardust in two lithologies of asteroid Bennu, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02688-3

6. 【清华团队合作揭示THAP1为调控小鼠胚胎第一次DNA复制的母源效应因子】在哺乳动物早期发育中,卵母细胞在成熟前会积累大量母源蛋白质与RNA,为受精后“母源-合子转变”及随后发生的合子基因组激活提供基础。母源效应基因在卵子中表达和积累,但在卵子成熟阶段不一定具有功能,而在受精后胚胎发育过程中则发挥关键作用。之前发现的母源效应基因多与表观遗传调控或RNA代谢相关。早期胚胎的第一次DNA复制通常发生在基因组激活之前,因此母源因子对于胚胎第一次DNA复制至关重要。2月23日,清华大学生命学院颉伟教授团队与浙江大学医学院(医学遗传与发育研究院)嵇姝妍教授团队合作,以“母源效应因子THAP1通过Rrm1调节小鼠早期胚胎的第一个细胞周期”为题,在《欧洲分子生物学组织报告》(EMBO Reports)上发表研究论文。研究发现,转录因子THAP1在卵母细胞中表达并激活包括Rrm1在内的少数但关键的基因。RRM1参与dNTP合成,其在卵子中的积累保证了早期胚胎在受精后第一次DNA复制的正常进行。当母源THAP1缺失时,胚胎1细胞DNA复制进程显著延迟并出现1–2细胞期延缓和阻滞,同时伴随ZGA缺陷,最终导致雌鼠生育力严重下降。论文链接:网页链接(来源:生命学院)#科研速递# 清华大学

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18. 新闻播报-科学家首创用DNA引导CRISPR基因编辑 #科学 #DNA #基因 #新闻 佛罗里达大学工程学院团队开发出全球首个DNA引导的CRISPR编辑系统,颠覆了基因编辑领域长期以来依赖RNA引导的铁律。这项研究最新刊发于《自然·生物技术 》,为疾病诊断与治疗提供了更安全、精准且经济的解决方案。这项技术被认为重写了基因编辑的 “说明书” ,同时也可为下一代生物医学工具开发奠定基础。团队此次创新性地采用DNA作为引导序列,利用DNA分子天然的高稳定性与易合成特性,显著提升系统特异性。实验数据显示,新技术将脱靶效应降低数个数量级,同时DNA向导的制备成本较RNA降低约60%,且在常温下保存稳定性延长3倍。

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