国际权威杂志刊登哈工大教授基因修复重大发现 人类有望战胜癌症
黄志伟教授与课题组成员在试验后检查蛋白纯度。新华网史峻诚 摄
新华网哈尔滨４月２１日电(姜慧梓 颜秉光 史峻诚) 对于身受疾病困扰的人们来说,黄志伟的发现让人无比振奋，仿佛在无望的病痛中重见希望：癌症患者可能因阻断病变基因恢复健康、遗传过敏症在胚胎期通过“剪切”基因治愈、近视眼经过基因“整容术”变得目光明亮，艾滋病毒基因可提早发现被消灭。
黄志伟是ｓｅｉ？这是一个什么样的科学发现？２０１６年４月２１日，北京时间凌晨３点，哈尔滨工业大学生命科学与技术学院博士生导师、教授黄志伟课题组在世界权威科学杂志《自然》（《Ｎａｔｕｒｅ》）上发表了题目为《ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１结合ｃｒＲＮＡ的复合物晶体结构》（Ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｐｆ１ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｉｔｈ ＣＲＩＳＰＲ ＲＮＡ）的研究论文。各位看官别小看这篇论文哦，它可是全球范围内首次解析了ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１这个系统的工作机制的重大科学发现，通俗地说就是帮助人类深入认识并改变ＤＮＡ，甚至为战胜艾滋病和癌症等重大疾病提供可能。
黄志伟课题组其他三位年轻成员：任宽（右上）、董德（左下）、邱小林（右下）。新华网史峻诚 摄
基因可“改变”：留下好的 卡掉坏的
随着科学知识的普及和研究的深入,人们对人类基因的认识不断加深，如何改造ＤＮＡ使之更好地为人类服务成了科学家们一直努力探索的课题。科学家们日思夜想的是，如果能够在人类的ＤＮＡ中发现一种“基因编辑工具”，通过“编辑”，把好的基因留下，把那些不好的、带有遗传缺陷的、已经进入人体细胞，带有病毒的基因片段进行修改或者替换，会不会使人类的遗传疾病越来越少呢？
怀揣梦想之下，科学家们经过长期探索终于发现了一种名叫“ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ”的系统，这个系统可不一般，它是一个可以对目的地基因进行“关闭”、“修复”、“切换”等“精准编辑”的基因编辑系统，而我们哈工大de教授黄志伟课题组今天发表的论文的研究对象“ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１”就是这个系统当中的一个。
正在实验室中忙碌的黄志伟，大瓶的染色液是试验必备的用品。新华网史峻诚 摄
编辑ＤＮＡ＝ 堡垒 黄志伟的发现＝ 导弹
如果我们把ＤＮＡ编辑系统看成一座坚固的“堡垒”，那么黄教授的发现就是一枚能够精确打击的“导弹”。为什么这样说呢？我们还是把时间往回拨一下，指针直指２０１５年９月２５日，当天一篇发表在《细胞》杂志上的文章引起了大家的注意：美国哈佛大学教授张锋领导的研究小组在世界范围内第一次发现了ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１系统。在这个基础上，我们的黄教授带领课题组对该系统的工作机制进行研究，就是探求这个系统是如何工作的，以及怎么做才会对基因发生影响。
透露一下下，这个“导弹”系统由蛋白Ｃｐｆ１和ｃｒＲＮＡ组成，ｃｒＲＮＡ就是这个“导弹”的制导系统，它通过引导、带领等方式，将ｃａｓ蛋白——Ｃｐｆ１带到靶向细胞上，并由Ｃｐｆ１这个“弹药”执行攻击任务，对病毒ＤＮＡ进行剪切。
黄志伟正在试验中进行电泳操作。新华网史峻诚 摄
Ｃｐｆ １的发现意味着打击病变基因更精准、高效
那么，ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１系统是不是攻击“堡垒”的唯一“导弹”呢，这个还真的不是。早在２０１２年，“另一个导弹”——ＣＲＩＳＰ－Ｃａｓ９系统就已经被发现，而且还作为科研、医疗等领域的强有力工具，旋风般地应用于全世界的生物、医学实验室。
虽然同为“ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ”的家族成员，但相比于较早发现的Ｃａｓ９，Ｃｐｆ１具有几个明显优势。黄教授介绍说，首先，Ｃｐｆ１需要拷贝的ｃｒＲＮＡ的序列更短，这就意味着Ｃｐｆ１的剪切过程将更高效，攻击“堡垒”所花费的时间更短；
第二，由于人类ＤＮＡ是双螺旋模式，Ｃａｓ９采用的平末端剪切的“攻击”方式常常容易造成“导弹”“脱靶”，使不需要剪切的ＤＮＡ被误切，从而导致副作用的产生，而Ｃｐｆ１采用的粘性末端剪切方法使“导弹”的攻击更加精准，不仅避免了脱靶的风险，同时还有利于基因编辑后的修复；
第三，二者识别ＤＮＡ底物上的模块（ＰＡＭ）也有不同。
更重要的是，Ｃｐｆ１不仅可以剪切ＤＮＡ，还可以剪切ＲＮＡ。到目前为止，这是世界上第一个具有序列特异性的，并可以同时剪切ＤＮＡ和ＲＮＡ的核酸酶。
变性胶用来纯化顽皮的“RNA”。新华网史峻诚 摄
基因手段可助人类战胜重大疾病
说得这么热闹，具体到应用领域，黄教授的发现能做些什么呢？他以艾滋病病毒为例做了如下解释。他说，对于没有感染艾滋病的人，通过ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１系统将人体细胞中艾滋病病毒受体剪切掉，这样艾滋病病毒就不能识别受体，也就无法感染人类的细胞；假如艾滋病病毒已经感染细胞，进入整个基因组，我们也可以通过这个系统定向识别艾滋病病毒ＤＮＡ，将艾滋病病毒的ＤＮＡ在人的基因组中剪切掉；如果在胚胎期就已经发现出现基因突变或者感染病毒，通过该系统对基因进行“纠正”，不仅可以保证幼小孩子的健康，并且这种“纠正”还是遗传的，他的后代也会离这种疾病远远的。
这一次，黄教授课题组通过结构生物学和生化研究手段揭示了ＣＲＩＳＰＲ－Ｃｐｆ１系统的关键工作机理，这个重大的科学发现不仅使人类通过基因手段战胜癌症、艾滋病等重大疾病成为可能，特别是将治愈遗传性疾病如过敏症，近视、抵抗力低下、先天不足等疾病的构想往前推进了一大步。
新华网黑龙江频道主持人姜慧梓在采访后与黄志伟教授合影。新华网史峻诚 摄
重大发现获得权威科学杂志的青睐
那么，这个发现是黄教授一人的成果么？回答是“NO”。这篇研究论文的通讯作者为黄志伟，该课题组硕士研究生董德、大四本科生任宽和博士生邱小林３位同学为该论文的并列第一作者，“从去年１１月份开始研究，１月份得出实验结果，２月２２日报送《自然》杂志，通过快速通道，很快就得到了《自然》杂志同意接受的答复，并且几乎没有做大的改动。速度之快十分罕见。”
《自然》这本杂志可不一般，它是英国一本著名杂志，是世界上最权威的科学杂志之一。杂志以报道科学世界中的重大发现、重要突破为使命，自从１８６９年创刊以来，始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。
现年３６岁的黄志伟表示，“接下来将继续优化该系统，并与其他实验室进行更多的合作研究，同时，还会对其他新型系统开展研究。”
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黄志伟：哈佛大学博士后、生物医学工程学科博士生导师，哈工大生命学院成立后第一位从海外引进的教授。他于２０１４年１月在《自然》杂志发表关于艾滋病病毒毒力因子ｖｉｆ结构的研究成果，为艾滋病病毒的靶向药物设计并最终攻克艾滋病打开了一扇新的窗户。