被称为CRISPR的基因编辑技术已经在农业、健康研究等领域带来了革命性的变化。

在发表在《自然催化》杂志上的一项研究中，佛罗里达州立大学的科学家们制作了第一张高分辨率的延时图像，显示了当CRISPR-Cas9酶切割DNA链时，镁离子与它相互作用，提供了明确的证据，表明镁在化学键断裂和几乎同时的DNA切割中都起着作用。

化学与生物化学系教授、分子生物物理研究所所长Hong Li说：“如果你正在切割基因，你不希望只有一条DNA链断裂，因为细胞可以很容易地修复它，而不需要编辑。你希望两条线都被打破，你需要两个切口紧密相连。镁在其中发挥了作用，我们确切地看到了它是如何起作用的。”

CRISPR-Cas9是最广泛使用的基因操作工具。该技术使用一种重新定位的酶与DNA结合，允许在基因组的特定位置进行改变。

科学家们已经知道镁在这一过程中发挥了作用，但不清楚具体是如何发挥作用的，也没有人能够近距离捕捉到这一过程的延时图像。通过利用较慢版本的CRISPR-Cas9，这项研究表明，催化反应中心的镁离子是近乎同时切割的关键。

“我认为很多时候在科学中，即使你可以推断一些事情，你也想要证明，例如，每个人都知道你需要镁，但没有看到它的作用，这不是完整的科学，对吧?”你对它是如何运作的理解程度不同。”

研究人员使用FSU生物科学成像资源的冷冻电子显微镜，可以产生接近原子分辨率的图像，观察金属离子和其他原子在CRISPR-Cas9酶内的作用。这使得他们收集的数据不仅证实了他们早期的假设，而且还导致了关于镁如何协调双链断裂的惊人发现。

CRISPR于2013年在基因编辑领域首次亮相，从那时起，科学家们一直在努力提高其可靠性，并扩大其对各种不同生物和细胞类型的适用性。

“通过改变活性位点——切割目标和非目标DNA链的‘剪刀’——我们可以改变Cas9使用替代金属进行切割的能力，CRISPR还有很多需要探索的地方。”

了解每个元素如何影响酶的功能，可以让科学家深入了解哪些研究途径可能产生新的知识和用途。李和她的团队正计划进一步研究如何将CRISPR-Cas9重组用于其他目的。