細(xì)胞能源工廠是不是病了，很難治愈？細(xì)菌毒素有助于"基因剪刀"的精確性
線粒體DNA可以編碼13種蛋白質(zhì)，它們都參與了細(xì)胞的能量供應(yīng)鏈。線粒體DNA突變可導(dǎo)致數(shù)十種至今仍無法治愈的代謝性疾病?；蚓庉嫻ぞ叩拈_發(fā)，可以準(zhǔn)確地糾正線粒體DNA，將為這類疾病的治療打開大門。
Leber遺傳性視神經(jīng)病變、線粒體腦肌病、乳酸酸中毒和中風(fēng)樣綜合征、神經(jīng)肌肉無力和一些先天性心臟病都是由線粒體基因突變引起的常見遺傳病。目前，世界各地?zé)o數(shù)的患者都在遭受痛苦，卻得不到有效的治療。
除了細(xì)胞核中的大部分人類遺傳物質(zhì)外，線粒體中還有一小部分?，F(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)使用基因編輯技術(shù)精確編輯細(xì)胞核中的DNA，但是在如何精確編輯線粒體中的DNA方面還沒有突破。
不久前，《自然》雜志發(fā)表了美國哈佛大學(xué)劉大衛(wèi)（David Liu）發(fā)表的一項新成果，不僅可以實現(xiàn)線粒體基因組的精確編輯，而且?guī)缀鯖]有靶點效應(yīng)，這給線粒體遺傳病的研究和治療帶來了前所未有的希望。
從編輯基因序列到改變單堿基對，劉如謙團隊的重大突破在于解決了規(guī)則間隔短回文重復(fù)核酸酶（CRISPR）簇留下的歷史問題——線粒體DNA的精確編輯。
線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所，是細(xì)胞能量產(chǎn)生和傳遞的主要細(xì)胞器，被稱為“能量工廠”。線粒體除了為細(xì)胞提供能量外，還參與細(xì)胞分化、細(xì)胞信息傳遞和凋亡等過程，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和細(xì)胞周期的能力。
基因編輯是新的基因工程技術(shù)。從動植物的基因修飾到人類的基因治療，它已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的許多領(lǐng)域。
“早期的基因工程技術(shù)只能將遺傳物質(zhì)隨機插入宿主基因組，而基因編輯則可以在特定的點上對待編輯的基因進(jìn)行修改?！碧K州博騰生物首席技術(shù)官孔令杰博士說，他告訴《科技日報》說，基因編輯依賴于基因工程修飾的核酸酶，類似于外科醫(yī)生的手術(shù)刀。目前常用的基因編輯酶有鋅指核酸酶、轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶和簇狀規(guī)則間隔短回文重復(fù)核酸酶。這些核酸酶可以修飾特定的DNA，敲除、插入或替換基因
除核酸酶外，劉如謙實驗室發(fā)明的堿基編輯酶可以利用細(xì)菌毒素DDDA將胞嘧啶轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，從而實現(xiàn)線粒體基因組的精確編輯，改變基因組中的單個堿基。
與傳統(tǒng)的基因編輯一個接一個地改變基因序列相比，這種堿基編輯技術(shù)可以引起基因組中的單一堿基變化，使腺嘌呤（a）變成鳥嘌呤（g），胞嘧啶（c）變成胸腺嘧啶（T）?！笨琢罱芙忉屨f，理論上，基因編輯可以改變基因組中的任何一個堿基，從而大大擴展了基因編輯的范圍和靈活性。
與線粒體DNA相比，線粒體DNA只面臨自身線粒體DNA的遺傳難題孔令杰說，線粒體DNA突變后，很容易喪失產(chǎn)生三磷酸腺苷的能力，而三磷酸腺苷往往會對神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)造成損害，導(dǎo)致特定的母親遺傳疾病。線粒體肌病、多系統(tǒng)疾病、心肌病、進(jìn)行性眼外肌麻痹等疾病都是這樣發(fā)生的。
目前，三磷酸腺苷、輔酶Q10和大量B族維生素一般都給予，但效果并不理想，不能治愈。線粒體基因編輯技術(shù)可能是治療這些疾病的有效方法。
基因編輯近年來取得了很大進(jìn)展，但這些進(jìn)展都是在細(xì)胞核DNA上進(jìn)行的，線粒體DNA編輯一直面臨著難題。沒有人認(rèn)識到線粒體DNA的精確編輯。如今，CRISPR技術(shù)作為應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在線粒體DNA面前顯得束手無策。線粒體沒有吸收RNA的機制，因此CRISPR技術(shù)的關(guān)鍵組成部分引導(dǎo)RNA（gRNA）根本無法進(jìn)入線粒體。
