锌指核酸酶技术

特异性DNA识别结构域—

无论是从生命科学的基础研究角度考虑、还是从临床医学的基因治疗领域考虑，研究者确实迫切地需要一种能够定向性重组染色体DNA的技术。一言以蔽之，锌指核酸酶技术的核心设计思想是把两个有特定功能的结构域——一个特异性识别模块和一个功能模块——进行了巧妙的嵌合[1,2,10]。

基本原理

特异性DNA识别结构域——多个串联的锌指锌指核酸酶技术一个比较出彩的地方在于它选取的是能够特异性识别三联体DNA片段的锌指基序(motif)而不是碱基作为识别特定DNA序列的基本单位[1,10]。这种做法除了在思路上超越转座子和同源重组以外，还具有很多好处。

首先，锌指核酸酶（化学本质是一种蛋白质）比用于同源重组的DNA序列具有更强的稳定性，无论是从自身被降解角度还是从与靶DNA序列的结合角度考虑。其次，锌指磷酸酶技术的可操作性相当强。为了说明这一点，我们先计算一下常规寡核苷酸链大约需要多长才能较好地与目的序列互补。设这个长度为n，由于人类基因组全长约30亿个碱基对，每个碱基位置有4种选择（A、T、G、C），于是4^n=3×10^10解得n≈15.7。也就是说寡核苷酸链的长度大约为15~16个核苷酸时可以保证识别的序列在人类基因组中只出现一次。而如果用锌指基序作用识别的基本单位的话，大约需要5~6个锌指串联，这在操作上是可行的。而建立一个包含了所有可能出现序列的锌指库只需要构建大约4^3=64种锌指。另外，锌指结构与DNA的强亲和性一定程度上使得锌指核酸酶的特异性作用更加突出。

DNA重组功能结构域——核酸酶或其他功能性蛋白质

最经典的锌指核酸酶是将一个非特异性的核酸内切酶FokI与含有锌指的结构域进行融合，其目的自然是对特定序列进行切割。被切开的DNA可以由切除的修复机制使切开处的单链部分被删除，然后又重新接到一起。理论上讲，我们可以利用这种方法完成对染色体上特定片段的删除，从而达到构造突变体或完成治疗的工作。

市场现状

作为一种可能在临床中得到广泛应用的朝阳技术，锌指核酸酶技术从一开始就被Sangamo生物公司所垄断，该公司只与部分科研机构合作[16,17]。近期，J. Keith Joung带领的由8个实验室组成的协会提出了制造锌指核酸酶的开源方式，并建立了66个锌指库，以特异性地针对不同DNA，这对Sangamo生物公司的垄断形成了一定的威胁[17,18]。对于高科技产业——尤其是研发成本投入较大的生物技术产业——来说，技术创新的成果往往是一柄双刃剑，它既可能给该技术的最初研发者以利润回报，也可能给最初研发者的竞争者（即后来者）以利润回报。就锌指核酸酶技术来说，它与大规模的临床应用甚至是实验室研究尚有很大距离，这时对于技术的封锁尽管保证了先行者的市场份额，但这个市场份额实在微不足道，就连经典意义上的基因治疗也存在市场化的瓶颈[19,20]。相反地，基础研究由于技术封锁受到了很大限制，独处蓝海的创新者却没有能力开拓这片蓝海。与此相比，PCR的发明者Mullis无疑是一个成功，而iPS发明者山中伸弥在iPS技术成熟之前也面临着类似的挑战。

总结

综上所述，锌指核酸酶技术让我们看到了靶向性重组人类基因组的希望，也正是这一点才能使得浩如烟海的基础研究成果，真正具有它的基因治疗意义。从读懂基因组到重组人类基因治疗疾病谈何容易？而锌指核酸酶的贡献则相当于在这座桥梁的最后部分填了一块砖。

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