新的基因編輯神器IS110

若從限制酶（restriction endonuclease）發現（1970）的時代開始算起，人類「玩」基因，或者說，改變基因序列、進行「基因工程」的歷史已有數十年。從限制酶一直到最近的CRISPR，科學家們已經能成功地改變生物的基因，小至觀察個別基因在生物中擔任何種功能，大至進行基因治療救死扶傷、增產報國，基因編輯提供了一個快速的途徑，讓我們不需等待太久，就能將研究成果成功應用。

但是，從農桿菌（Agrobacterium）到CRISPR，雖然我們已經從亂槍打鳥進步到能瞄準特定的位置，但是有些人還是覺得不滿意；因為CRISPR仍會出現所謂的「脫靶」（off-target）效應，也就是，它不是100%準確。

所以，仍然有許多研究團隊在各種不同的生物中，像星探一樣地找尋下一個大明星。最近有兩個不同的研究團隊都找到了一個新的系統：IS110。

IS110是什麼呢？它是「移動DNA」的一種，IS是「插入序列」（insertion sequence）的意思。

IS是一個龐大的家族，而其中的IS110家族因為具有一些特徵讓科學家特別感興趣。

首先，它們沒有典型的末端反向重複（terminal inverted repeat）序列。很多移動DNA都有這種序列來定位它們的邊界，但是IS110家族卻沒有。

其次，它們有特定的插入位置。這意味著，IS110家族一定有個辨識系統，可以幫它們找到它們想插入的位置。

於是，研究團隊開始深入研究IS110的插入機制。結果他們發現，IS110裡面除了帶有一個重組酶（recombinase），還有一個「橋RNA」（bridge RNA）。

這個「橋RNA」不產生蛋白質，而是產生一個帶有兩個環狀構造的RNA。他們發現，這兩個環狀RNA構造，其中一個負責辨認宿主上面的目標位置，另一個則是與IS110本身打算要插入的序列結合。

IS110的「橋RNA」。圖片取自《自然》期刊

當兩邊都抓好了（所以研究團隊將它命名為「橋」），「橋RNA」就會把它們帶到重組酶那裡，然後重組酶就可以透過剪貼，將這兩段原本分屬於不同擁有者的DNA連接，融為一體。

解出了這個機制，研究團隊馬上就想到：既然辨認宿主與自身是由兩個不同的環狀構造負責的，是不是可以透過改變這兩個環狀構造，來指揮IS110幫我們剪貼各種不同的DNA呢？

研究團隊測試的結果發現，這兩個環狀構造可以各自被改變！這個發現意味著，科學家可以讓這個系統成為新時代的基因剪貼大師，它可以帶著我們需要的基因到我們想要它存在的位置！

與CRISPR比起來，IS110已經具備了插入、切割與反轉DNA的功能，不需要另外再引入其他的系統；而且，它的特異性比CRISPR高；另外，研究團隊發現它可以處理較大的DNA片段。另外，因為IS110系統比CRISPR小，所以比較容易被細胞接受。最後，IS110的重組酶自己就可以處理DNA，不需要依賴宿主的DNA修復機制。

當然，由於「橋RNA」需要形成兩個環狀構造，所以研究團隊發現，在設計時，如果影響到了環狀構造的形成，就會造成IS110編輯神器不太神。另外，IS110編輯神器有自己喜歡的核心序列，如果破壞了核心序列，工作效率就會比較低。

由於本來就是細菌的系統，目前IS110當然在原核生物中運作得最好，而在哺乳動物中好像還沒辦法運作。感覺不太神？不用擔心，目前研究團隊正在努力調整它，讓它「哺乳動物嘛ㄟ通」，成為真正的基因編輯神器。一旦成功，IS110當可成為繼CRISPR之後的重要基因編輯工具，也就是下一代的大明星囉！

參考文獻：

Durrant, M.G., Perry, N.T., Pai, J.J. et al. Bridge RNAs direct programmable recombination of target and donor DNA. Nature 630, 984–993 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07552-4