由香港科技大學（科大）化學及生物工程學系教授邢怡銘帶領的研究團隊，聯同生命科學部副教授翟元梁，成功開發全球首個DNA引導的CRISPR-Cas系統，實現可編程的RNA靶向和切割，扭轉傳統 CRISPR系統以RNA作為引導，靶向目標DNA的方式。新系統的臨床應用潛力巨大，能為RNA靶向治療及診斷開闢新路徑，包括提升快速傳染病診斷的準確度，促進抗病毒治療發展等。研究成果已刊登於國際權威期刊《自然 - 生物技術》。

    重新設定GPS導航系統

    CRISPR-Cas系統的運作可比擬為全球定位導航系統（GPS）。邢怡銘教授解釋：「RNA導向分子就像你輸入的地址，而Cas蛋白就是前往該地址（即DNA目標）的汽車。傳統檢測平台包括SHERLOCK及DETECTR，均以此為基礎。」科大團隊則提出新方法，結合新開發的DNA引導Cas12a系統和恆溫擴增技術，建構出名為「利用靶向水解進行特定基因座評估」（SLEUTH）的革命性檢測平台，成功顛覆傳統方法。團隊透過工程手段，設計出一種名為「CRISPR DNA」（crDNA）的人工合成分子，成功將Cas12a蛋白重新編程，使其能夠以DNA作為引導，指引Cas蛋白靶向不同的RNA分子。這個新典範為可編程的RNA工具開闢了全新的設計空間。

    將「指令」與「啟動」功能分離

    這項突破的關鍵在於一個巧妙的結構設計。研究團隊將傳統CRISPR系統中兩個通常結合在一起的功能分離：「啟動」訊號（即PAM序列）和承載「資訊」的地址。透過設計出一段能模仿PAM序列的短鏈DNA，團隊成功製造出具功能性的去氧核糖核蛋白複合物，能夠識別並切割任何選定的RNA目標。

    為了驗證這項設計，團隊結合了三種先進技術：AlphaFold引導的蛋白質結構建模、分子動力學模擬，以及高解像度冷凍電鏡技術。由翟元梁教授及共同第一作者、生命科學部博士後研究員林偉熙博士透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脗合，從而證實了這條人工激活路徑確實可行。

    翟元梁教授表示：「能夠與邢教授團隊中那些極具創新精神的工程師合作，實在令人振奮。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。」

    DNA導向的優勢

    與現有RNA導向CRISPR診斷工具（如SHERLOCK）及RNA干擾技術相比，這個全新的DNA導向系統具備多項優勢：

    更穩定，無需冷鏈：人工合成DNA的化學穩定性遠高於RNA，不需要特殊的冷鏈儲存。RNA導向分子在常溫下容易降解，必須冷凍保存；相比之下，DNA導向分子在室溫下穩定得多。基於RNA引導的方法一般需要特殊冷鏈儲存和處理，而DNA引導方法則沒有此限制，大大降低了合成成本與供應鏈複雜性。

    成本更低：人工合成DNA的成本遠低於RNA。雖然團隊尚未進行正式的成本分析，但業界公認的原則是：RNA合成需要更多化學保護步驟，且RNA導向分子通常需要冷鏈運輸，增加了後勤開支。

    精準度更高：新系統能夠分辨目標RNA序列中僅相差一個核苷酸的差異——這是RNA干擾技術通常無法達到的精準度。

    應用範圍更廣：RNA干擾技術主要限於沉默製造蛋白質的信使RNA。新系統原則上可以靶向任何RNA分子，包括近年被認為是疾病關鍵調控因子的非編碼RNA（如微型RNA及長鏈非編碼RNA）。

    治療更安全：與現有靶向RNA的CRISPR工具（如Cas13）相比，新系統在細胞內引起的非目標RNA切割現象明顯更少，意味着脫靶副作用更小，對未來治療應用的安全性至關重要。

    團隊採用的31個新型冠狀病毒臨床樣本成功驗證了SLEUTH平台的極高檢測靈敏度，結果顯示其在多種環境下，靶向RNA和DNA的靈敏度均達阿摩爾（attomolar）級別。基於DNA引導的方法尤為適合診所、機場和無冷鏈儲存需求等資源有限的環境進行現場檢測。

    應用於未來大流行病

    「香港以至周邊地區一直受到病毒性病原體的反覆侵擾——從沙士、流感到新冠病毒。」邢教授指出。許多這類病毒的基因組由RNA構成，或依賴RNA中間體進行複製。能夠精準切割這些RNA分子的DNA導向CRISPR工具，可望為新一代抗病毒干預療法奠定基礎。

    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：「與傳統以CRISPR RNA為基礎的系統相比，我們的DNA導向設計以更穩定的DNA導向分子取代了RNA，展現了自然界中從未出現的全新機制。我們期待將此概念延伸應用於更多基於RNA的診斷和治療方法。」

    專利與未來發展

    團隊已為此創新技術申請兩項美國臨時專利，正致力研究將其應用於RNA診斷檢測、抗病毒治療、活細胞RNA成像、可編程的RNA轉錄調控。團隊計劃未來三年內，將SLEUTH平台擴展應用於其他呼吸道病毒的檢測，並探索其在液體活檢的應用潛力，以識別癌症中的循環RNA生物標誌物。這些研究將與科大新成立的醫學院，以及與轉化醫學與RNA療法的發展趨勢高度契合。(記者：Karena)