記者1月9日從中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉，該所畢昌昊研究員團(tuán)隊(duì)和張學(xué)禮研究員團(tuán)隊(duì)，合作開(kāi)發(fā)了不依賴脫氨酶（DAF）的新型堿基編輯器DAF-CBE和DAF-TBE，分別在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)C-to-A、T-to-A的堿基顛換，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)C-to-G、T-to-G的堿基顛換。
該成果擴(kuò)展了堿基編輯器的類型，為工業(yè)菌株改造和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域研究提供了新的技術(shù)工具。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·生物技術(shù)》。
據(jù)介紹，堿基對(duì)是形成DNA、RNA單體以及編碼遺傳信息的化學(xué)結(jié)構(gòu)。組成堿基對(duì)的堿基包括A、G、T、C、U。堿基編輯作為一種前沿的基因組編輯技術(shù)，可以在不切割DNA雙鏈的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)堿基的精準(zhǔn)編輯，因此也被公認(rèn)為更具安全性。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、基因治療和細(xì)胞工廠構(gòu)建等領(lǐng)域。
常用的DNA堿基編輯器，主要通過(guò)將可編程的DNA結(jié)合蛋白（如Cas9）與堿基脫氨酶融合實(shí)現(xiàn)，包括胞嘧啶堿基編輯器（CBE）、腺嘌呤堿基編輯器（ABE）以及糖基化酶堿基編輯器（GBE）等。它們可以實(shí)現(xiàn)C-to-T、A-to-G以及C-to-G等種類的堿基編輯。然而，這些堿基編輯器主要針對(duì)C和A堿基的直接編輯，并且它們所包含的脫氨酶可能導(dǎo)致非Cas9依賴的DNA或RNA脫靶。
“為了擴(kuò)展堿基編輯的類型，并避免使用脫氨酶，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了兩種堿基編輯工具。它們只包含一個(gè)胞嘧啶-DNA糖基化酶（CDG）或胸腺嘧啶-DNA糖基化酶（TDG）和nCas9兩個(gè)組分?！碑叢唤榻B。
研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)定向進(jìn)化改造人源尿嘧啶糖基化酶（UNG）的兩個(gè)突變體，獲得了兩種高活性的DNA糖基化酶，分別可以作用于胞嘧啶堿基的CDG4和胸腺嘧啶堿基的TDG3。隨后，研究團(tuán)隊(duì)將這兩種DNA糖基化酶與nCas9（Cas9，D10A）融合，構(gòu)建了DAF-CBE和DAF-TBE堿基編輯器，用于在大腸桿菌中進(jìn)行C-to-A和T-to-A的編輯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這兩種堿基編輯器在大腸桿菌中的編輯效率最高分別達(dá)到58.7％和54.3％。
研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)這兩種堿基編輯器進(jìn)行了人類密碼子優(yōu)化，在HEK293T細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了C-to-G和T-to-G的顛換編輯，編輯效率分別達(dá)到38.8%和48.7%。而且，這兩種編輯器的脫靶效果低于常用的CBE和GBE。
此外，DAF-CBE和DAF-TBE堿基編輯器還成功實(shí)現(xiàn)了人誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞的高效編輯。
DAF-BEs堿基編輯器的設(shè)計(jì)以及進(jìn)化。
通過(guò)進(jìn)一步的工程改造，研究團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了CDG和TDG的空間位置，得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2的新版本。它們的編輯窗口從原來(lái)的間隔序列5′端移動(dòng)到中間區(qū)域，C-to-G和T-to-G的編輯效率分別提高了3.5倍和1.2倍。
張學(xué)禮表示，經(jīng)過(guò)定向進(jìn)化改造，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的DAF-CBEs和DAF-TBEs堿基編輯器在大腸桿菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了高效的堿基顛換編輯，而無(wú)需使用脫氨酶。與現(xiàn)有的引導(dǎo)編輯器或糖基化酶堿基編輯器相比，DAF-BEs具有相當(dāng)?shù)木庉嬓省⒏〉某叽绾透偷拿摪新?，為工業(yè)菌株改造、遺傳疾病治療及細(xì)胞療法開(kāi)發(fā)提供了全新工具。（受訪者供圖）
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
原標(biāo)題：新型堿基編輯器為基因編輯提供新工具
作者：科技日?qǐng)?bào)記者 陳曦
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