科大研全球首個DNA引導CRISPR-Cas系統 可精準靶向RNA 助力快速診斷及抗病毒治療

香港文匯報訊（記者 楊梓穎）香港科技大學研究團隊成功開發全球首個DNA引導的CRISPR-Cas系統，實現可編程的RNA靶向與切割，突破傳統CRISPR系統以RNA作引導、靶向DNA的模式。研究由科大化學及生物工程學系教授邢怡銘團隊，聯同生命科學部副教授翟元梁合作完成，研究成果已刊登於國際期刊《自然—生物技術》。該技術有望為RNA靶向治療、提升快速傳染病診斷及促進抗病毒療法開闢新方向。

邢怡銘形容，CRISPR-Cas系統猶如全球定位導航系統（GPS），他解釋，RNA導向分子就像輸入的地址，Cas蛋白則是前往目標DNA的汽車。現有SHERLOCK、DETECTR等檢測平台均建基於此。科大團隊則反其道而行，設計出人工合成的「CRISPR DNA」（crDNA），成功將Cas12a蛋白重新編程，使其可由DNA作引導，靶向不同RNA分子。相較現有RNA導向CRISPR診斷工具及RNA干擾技術，新系統具多項優勢。包括DNA導向分子較RNA穩定，毋須冷鏈儲存，成本低精準度高、應用範圍廣、治療更安全等。

團隊並結合新開發的DNA引導Cas12a系統與恆溫擴增技術，建立名為SLEUTH的檢測平台。其核心突破在於將傳統CRISPR系統中通常結合在一起的兩項功能——啟動訊號PAM序列與承載目標資訊的「地址」——分離處理。研究人員設計出可模仿PAM序列的短鏈DNA，製造出具功能性的去氧核糖核蛋白複合物，從而識別並切割指定RNA目標。

為驗證設計，團隊結合AlphaFold引導的蛋白質結構建模、分子動力學模擬及高解像度冷凍電鏡技術。由翟元梁及共同第一作者、生命科學部博士後研究員林偉熙過實驗解構出的冷凍電鏡結構，與電腦運算預測的模型高度吻合，從而證實了這條人工激活路徑確實可行。翟元梁表示，親眼在原子層級看到人工合成的DNA導向分子與Cas12a蛋白如何互動，真是非常激動人心。這清楚展示了人工智能驅動的設計與結構生物學如何攜手合作，相輔相成。」

研究團隊利用31個新冠病毒臨床樣本驗證SLEUTH平台，結果顯示其對RNA及DNA靶標的檢測靈敏度均達阿摩爾級別，適合在診所、機場及無冷鏈條件的場景作現場檢測。邢怡銘指出，香港及周邊地區長期受病毒性病原體威脅，由沙士、流感至新冠病毒，許多病毒均以RNA為基因組或依賴RNA中間體複製。DNA導向CRISPR工具若能精準切割相關RNA分子，將有望成為新一代抗病毒干預策略的基礎。

科大化學及生物工程學系博士生、論文共同第一作者吳小龍表示，該DNA導向設計以更穩定的DNA分子取代CRISPR RNA，展現自然界未見的新機制，期待未來可應用於更多RNA診斷及治療方向。

團隊已就技術申請兩項美國臨時專利，並正研究其在RNA診斷、抗病毒治療、活細胞RNA成像及RNA轉錄調控方面的應用。未來三年，團隊計劃將SLEUTH平台擴展至其他呼吸道病毒檢測，並探索液體活檢應用，以識別癌症循環RNA生物標誌物。