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DNA可能因接觸到環境因子，例如紫外線、化學物質、細胞產生的自由基，或是複製錯誤等因素而出現結構、序列上的改變，造成DNA損傷並導致癌症與遺傳性疾病。為解決此問題，生物也發展出不同的修復機制，不過DNA的修復過程至今仍是個未解之謎。隨著各項生物技術的進展，我們或許有望解開這項謎團。中研院生物化學研究所蔡明道院士去（2023）年12月發表於《科學》（Science）期刊的一篇論文，呈現了團隊利用X射線自由電子雷射，在極短的時間內拍下DNA修復的反應結構。這是首次在原子尺度下解析了光解酶酵素（photolyase）修復DNA損傷的完整過程。
 
X射線晶體學與冷凍電子顯微鏡技術逐漸發展，使得科學家可以在愈來愈小——甚至是原子等級的解析度下，分析多種酵素與酵素複合體的結構。然而這些方法還是有一定的限制，例如只能捕捉到反應開始或結束時的單一瞬間，沒辦法進一步觀察整個酵素觸發反應時的過程及反應機制。本次團隊利用了「X射線自由電子雷射」（x-ray free electron laser, XFEL）技術，在百億分之一到五千分之一秒的極短時間內，拍攝了18張DNA光解酶催化過程的多個反應中間體結構的照片。
 
藉由分析XFEL獲得的影像，團隊進一步揭開了像是酵素殘基（residue）如何促使化學反應、酵素在修復後如何回到基態（ground state），以及修復完成的DNA如何恢復標準結構等多種DNA修復化學反應中的動態過程。蔡明道在新聞稿中指出，XFEL技術能使科學家觀察到過往難以看見的DNA修復反應，而直接以原子級解析度觀察酵素反應的完整過程，也將開啟酵素學新時代並促進結構生物學的發展。未來，透過XFEL技術檢視酵素反應中間體結構的全貌，將有望提供開發新藥物的潛在新靶點，加速新藥的研發進程。

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新聞來源
中央研究院新聞訊息（2023年12月1日）。看到了！在原子解析度下直擊DNA光解酶酵素的修復過程。中央研究院。https://www.sinica.edu.tw/News_Content/55/1904