由香港科技大学（科大）化学及生物工程学系教授邢怡铭教授带领的研究团队，联同生命科学部副教授翟元梁教授，成功开发全球首个DNA引导的CRISPR-Cas系统，实现可编程的RNA靶向和切割，扭转传统 CRISPR系统以RNA作为引导，靶向目标DNA的方式。新系统的临床应用潜力巨大，能为RNA靶向治疗及诊断开辟新路径，包括提升快速传染病诊断的准确度，促进抗病毒治疗发展等。研究成果已刊登于国际权威期刊《自然 - 生物技术》。

简单比喻：重新设定GPS导航系统
CRISPR-Cas系统的运作可比拟为全球定位导航系统 （GPS）。邢怡铭教授解释：“RNA导向分子就像你输入的地址，而Cas蛋白就是前往该地址（即DNA目标）的汽车。传统检测平台包括SHERLOCK及DETECTR，均以此为基础。”科大团队则提出新方法，结合新开发的DNA引导Cas12a系统和恒温扩增技术，建构出名为“利用靶向水解进行特定基因座评估”（SLEUTH）的革命性检测平台，成功颠覆传统方法。团队透过工程手段，设计出一种名为“CRISPR DNA”（crDNA）的人工合成分子，成功将Cas12a蛋白重新编程，使其能够以DNA作为引导，指引Cas蛋白靶向不同的RNA分子。这个新典范为可编程的RNA工具开辟了全新的设计空间。

关键突破：将“指令”与“启动”功能分离
这项突破的关键在于一个巧妙的结构设计。研究团队将传统CRISPR系统中两个通常结合在一起的功能分离：“启动”讯号（即PAM序列）和承载“资讯”的地址。透过设计出一段能模仿PAM序列的短链DNA，团队成功制造出具功能性的去氧核糖核蛋白复合物，能够识别并切割任何选定的RNA目标。

为了验证这项设计，团队结合了三种先进技术：AlphaFold引导的蛋白质结构建模、分子动力学模拟，以及高解像度冷冻电镜技术。由翟元梁教授及共同第一作者、生命科学部博士后研究员林伟熙博士透过实验解构出的冷冻电镜结构，与电脑运算预测的模型高度吻合，从而证实了这条人工激活路径确实可行。

翟元梁教授表示：“能够与邢教授团队中那些极具创新精神的工程师合作，实在令人振奋。亲眼在原子层级看到人工合成的DNA导向分子与Cas12a蛋白如何互动，真是非常激动人心。这清楚展示了人工智能驱动的设计与结构生物学如何携手合作，相辅相成。”

DNA导向的优势：更稳定、更精准、更安全、成本更低
与现有RNA导向CRISPR诊断工具（如SHERLOCK）及RNA干扰技术相比，这个全新的DNA导向系统具备多项优势：

• 更稳定，无需冷链：人工合成DNA的化学稳定性远高于RNA，不需要特殊的冷链储存。RNA导向分子在常温下容易降解，必须冷冻保存；相比之下，DNA导向分子在室温下稳定得多。基于RNA引导的方法一般需要特殊冷链储存和处理，而DNA引导方法则没有此限制，大大降低了合成成本与供应链复杂性。

• 成本更低：人工合成DNA的成本远低于RNA。虽然团队尚未进行正式的成本分析，但业界公认的原则是：RNA合成需要更多化学保护步骤，且RNA导向分子通常需要冷链运输，增加了后勤开支。

• 精准度更高：新系统能够分辨目标RNA序列中仅相差一个核苷酸的差异——这是RNA干扰技术通常无法达到的精准度。

• 应用范围更广：RNA干扰技术主要限于沉默制造蛋白质的信使RNA。新系统原则上可以靶向任何RNA分子，包括近年被认为是疾病关键调控因子的非编码RNA（如微型RNA及长链非编码RNA）。

• 治疗更安全：与现有靶向RNA的CRISPR工具（如Cas13）相比，新系统在细胞内引起的非目标RNA切割现象明显更少，意味著脱靶副作用更小，对未来治疗应用的安全性至关重要。

团队采用的31个新型冠状病毒临床样本成功验证了SLEUTH平台的极高检测灵敏度，结果显示其在多种环境下，靶向RNA和DNA的灵敏度均达阿摩尔（attomolar）级别。基于DNA引导的方法尤为适合诊所、机场和无冷链储存需求等资源有限的环境进行现场检测。

具体疾病应用：从新冠病毒到未来大流行病
“香港以至周边地区一直受到病毒性病原体的反复侵扰——从沙士、流感到新冠病毒。”邢教授指出。许多这类病毒的基因组由RNA构成，或依赖RNA中间体进行复制。能够精准切割这些RNA分子的DNA导向CRISPR工具，可望为新一代抗病毒干预疗法奠定基础。

科大化学及生物工程学系博士生、论文共同第一作者吴小龙表示：“与传统以CRISPR RNA为基础的系统相比，我们的DNA导向设计以更稳定的DNA导向分子取代了RNA，展现了自然界中从未出现的全新机制。我们期待将此概念延伸应用于更多基于RNA的诊断和治疗方法。”

专利与未来发展
团队已为此创新技术申请两项美国临时专利，正致力研究将其应用于RNA诊断检测、抗病毒治疗、活细胞RNA成像、可编程的RNA转录调控。团队计划未来三年内，将SLEUTH平台扩展应用于其他呼吸道病毒的检测，并探索其在液体活检的应用潜力，以识别癌症中的循环RNA生物标志物。这些研究将与科大新成立的医学院，以及与转化医学与RNA疗法的发展趋势高度契合。