实验结果发表在6月11日的《科学》杂志上科学研究人员说，这不仅揭示了DNA修复过程的新细节，而且有可能加快并帮助理解通常导致衰老和许多癌症的DNA活动。

“我们的新基因编辑系统允许在激活后几秒钟内进行靶向DNA切割。使用以前的技术，基因编辑可能需要更长的时间，甚至几个小时，”约翰霍普金斯大学医学研究小组成员、博士后杨柳博士说。

近年来，强大的CRISPR工具使科学家能够轻松地改变或“编辑”DNA序列并改变基因功能，从而加快对基因相关疾病的研究步伐。

CRISPR是从细菌中发现的一种自然发生的基因编辑系统改编而来的，它使用被称为RNA的遗传物质的小序列作为一种编码指南，以匹配并结合细胞内的特定基因组DNA序列。CRISPR分子还含有一种叫做Cas9的酶，它像手术刀一样切割DNA序列。然后，细胞使用自己的酶和蛋白质来修复切片的DNA，通常会添加DNA序列，科学家将其插入细胞中。

刘说，DNA修复过程的研究一直受到无法破坏DNA的阻碍，比如使用CRISPR，以一种快速、精确和“按需”的方式。

在新的实验中，科学家们通过设计一种光敏RNA分子来修饰CRISPR- cas9复合物，这种分子允许CRISPR复合物仅在暴露于特定波长的光下时才能切割活细胞中的基因组DNA。

约翰霍普金斯医学博士说:“我们技术的优势在于，研究人员可以让CRISPR机制找到它的目标，而不是过早地切割基因，在暴露在光线下之前阻止它的作用。”候选人罗杰·邹也是研究小组的一员。他补充说:“这使得研究人员能够更好地控制DNA切割的确切位置和时间。”

约翰霍普金斯大学生物物理和生物物理化学、生物物理和生物医学工程彭博特聘教授、霍华德休斯医学研究所研究员Taekjip Ha博士说，其他研究小组已经试验了药物和光激活来控制CRISPR的时间。他的团队的不同之处在于提高了CRISPR切割的精确时间，并检查了蛋白质修复DNA损伤的速度。

在目前的研究中，由约翰霍普金斯大学医学院生物物理学和生物物理化学助理教授Ha和Bin Wu博士领导的约翰霍普金斯大学团队向人类胚胎肾细胞和骨癌细胞的培养物传递了一个电脉冲，这打开了细胞膜上的毛孔，允许CRISPR复合物和光激活的RNA分子滑入细胞。然后，科学家们等待了12个小时，让CRISPR复合物与基因组DNA上的目标点结合。

当他们在细胞上照射光线时，他们追踪了CRISPR复合体进行切割所需的时间。

研究小组发现，在将光线照射到细胞上的30秒内，CRISPR复合体切割了50%以上的目标。

为了进一步研究DNA修复的时间，约翰霍普金斯大学的科学家们追踪了参与DNA修复的蛋白质附着在DNA切割上的时间。他们确定修复蛋白在CRISPR激活后的两分钟内开始工作，修复最早在15分钟后完成。

“我们已经证明光激活的基因切割非常快，它在生物医学研究中有潜在的广泛应用，”Ha说。“揭示CRISPR基因切割的时间可以让我们更精确地看到生物过程。”哈和约翰霍普金斯大学的研究小组将这项技术称为“快速按需CRISPR”。

他还指出，与在细胞内广泛扩散的药物相比，光激活提供了更好的位置控制。

约翰霍普金斯大学的研究小组还使用高分辨率显微镜“观察”修复蛋白如何与活细胞中的CRISPR切割位点相互作用。

他们使用这些显微镜和聚焦光束来证明，他们可以激活CRISPR切割通常在人类细胞中发现的两个基因拷贝中的一个。他们说，这种能力为使用CRISPR研究并最终治疗仅与一个异常基因拷贝相关的疾病(如亨廷顿舞蹈病)提供了机会。

“有一个庞大的研究团体对研究DNA损伤及其影响感兴趣，”Ha说。“我们开发的技术非常适合研究这种情况。”

哈指出，科学家通常使用电离辐射或化学物质来研究DNA损伤。他说，虽然这些方法也可以快速，但它们并不针对特定的基因组位置。

该团队已经为这项研究中描述的CRISPR技术申请了临时专利。