在現代分子生物學研究中，深入探討 DNA 損傷及其修復機制，能讓我們更理解生物的生理過程。DNA，作為承載遺傳資訊的關鍵分子，其穩定性對於維持生物體的正常功能相當重要。然而，紫外線輻射是導致 DNA 損傷的主要因素之一，它會造成 DNA 中嘧啶基團形成環丁基嘧啶二聚體（CPD，Cyclobutane Pyrimidine Dimer），若這類損傷未能得到即時的修復，可能導致基因突變、細胞功能障礙，甚至癌症。因此，探索 DNA 修復過程的細節，將對於癌症治療、皮膚病防護，甚至延緩細胞老化等領域都具有重大意義。光裂解酶（Photolyase）是一種特殊的酶，它能識別並修復因紫外線引起的 CPD 損傷。儘管光裂解酶的功能及其重要性已被廣泛理解，但對於其在分子層面的作用機制仍存在著許多未知。因此，發展新技術以在原子級別觀察該修復過程，將有助於我們理解生命的運作機制、開發新藥以及改善紫外線防護策略。那麼未來的科學家有辦法觀察到光裂解酶如何修復 CPD 損傷嗎？

近日，台灣中央研究院、台灣大學及德國馬爾堡大學共同組成的研究團隊，成功觀察到光裂解酶修復 CPD 損傷的過程。他們運用了時解串聯飛秒晶體學（time-resolved serial femtosecond crystallography，TR-SFX）和計算分析的方法，首次在原子級分辨率下觀察到光裂解酶催化下的 DNA 修復過程。研究人員成功捕捉到了這極短暫的電子轉移過程，這一過程發生在從幾皮秒（千分之一微秒）至幾奈秒（十億分之一秒）的時間範圍內，並且觀察到了這一時間範圍內的關鍵化學步驟和酶的活性位點的修復過程，也就是 DNA 中共價 C-C 鍵的有序斷裂和環丁基環的開環過程。研究團隊甚至還捕捉到了修復完成後酶與修復產物的分離過程，以及修復後的 DNA 基團如何重新與雙股 DNA 中的互補基團配對。研究團隊表示， 這些發現不僅為科學家提供了觀察 DNA 修復過程的新視角，也為未來的藥物開發和疾病治療策略提供了理論基礎。