本文轉載自「iNature」。
細菌毒素代表了巨大的生化多樣性儲備，可以重新用於生物醫學應用。此類蛋白質的成員已發現在基因編輯技術中的應用。由於先前描述的胞苷脫氨基酶在單鏈核酸上作用，因此它們在鹼基編輯中的使用要求解開雙鏈DNA（dsDNA），例如通過CRISPR–Cas9系統。迄今為止，線粒體DNA（mtDNA）中的鹼基編輯受到與引導RNA進入線粒體相關的挑戰的阻礙。
2020年7月8日，博德研究所David R. Liu及華盛頓大學醫學院Joseph D. Mougous共同通訊在Nature 在線發表題為「A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing」的研究論文，該研究描述了一種細菌間毒素，將其命名為DddA，它可以催化dsDNA中胞苷的脫氨。
另外，2020年6月29日，博德研究所David Liu在Nature Biotechnology 在線發表題為「Programmable m6A modification of cellular RNAs with a Cas13-directed methyltransferase」的研究論文，該研究證明了具有截短的METTL3甲基轉移酶結構域或者是METTL3：METTL14甲基轉移酶複合物與核定位dCas13融合體，可以對細胞質RNA進行特異性m6A摻入，而前者的融合蛋白脫靶活性特別低。跨多個位點的獨立細胞測定法證實，這種靶向RNA甲基化（TRM）系統以高特異性介導了有效的m6A安裝在內源RNA轉錄物中。最後，該研究表明TRM可以誘導m6A介導的轉錄本豐度變化和選擇性剪接。這些發現將TRM確立為用於靶向轉錄組工程的工具，可以揭示單個m6A修飾的作用並分析其功能作用。
2020年6月22日，博德研究所David Liu團隊在Nature Biotechnology 在線發表題為「Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors」的綜述文章，該綜述首先描述已表徵的Cas9和Cas12核酸酶的天然變異體，並詳細介紹具有擴大的靶向範圍和特異性的Cas9和Cas12核酸酶變異體的開發。接下來，該綜述討論鹼基編輯器的開發和應用，這些編輯器可精確安裝點突變而無需雙鏈DNA斷裂（DSB）或供體DNA模板。最後，該綜述總結了新興的CRISPR–Cas基因組編輯工具，包括介導大片段DNA重排的Cas轉座子和重組酶，以及主要編輯器，它們以取代原始DNA序列的方式直接將編輯後的序列複製到目標DNA位點。
2020年6月12日，博德研究所David R. Liu團隊在Cell 在線發表題為「Determinants of Base Editing Outcomes from Target Library Analysis and Machine Learning」的研究論文，該研究在哺乳動物細胞中38,538個基因組整合靶標上表徵了11個胞嘧啶和腺嘌呤鹼基編輯器（CBE和ABE）的序列-活性關係，並使用所得結果訓練了BE-Hive，這是一種機器學習模型，可準確預測鹼基編輯基因型結果（R ≈0.9）和效率（R≈0.7）。研究人員以≥90％的準確度糾正了3388個與疾病相關的SNV，其中包括675個等位基因，其「旁觀者」核苷酸被BE-Hive正確預測，因此無法編輯。該研究發現了以前無法預測的C-to-G或C-to-A編輯的決定因素，並利用這些發現以≥90％的準確性糾正了174個病原性SNV的編碼序列。最後，該研究利用BE-Hive的見識來設計新穎的CBE變體，以調節編輯結果。這些發現啟發了鹼基編輯，實現了以前難以處理的目標的編輯，並為新的基礎編輯器提供了改進的編輯功能。
mtDNA的遺傳或獲得性突變與一系列人類疾病有關。迫切需要用於對mtDNA進行特定修飾的工具，以對這些疾病進行建模和潛在治療。然而，這類工具的開發受到了將RNA轉運到線粒體（包括對與CRISPR相關的蛋白質進行編程所需的引導RNA）的挑戰的阻礙。
每個哺乳動物細胞都含有許多環狀mtDNA拷貝，這些拷貝可以存在於野生型和突變等位基因的混合物中。當前操作mtDNA的方法依賴於無RNA的可編程核酸酶，例如TALENs和鋅指核酸酶，與線粒體靶向信號（MTS）序列融合以誘導mtDNA中的雙鏈斷裂。線性化的mtDNA迅速降解，導致異質性轉移，有利於未切割的mtDNA基因組。作為一種候選的治療或疾病建模工具，這種方法不能在mtDNA中引入特定的核苷酸變化，並且由於破壞所有mtDNA拷貝被認為是有害的，因此無法應用於同質mtDNA突變。
文章設計原理（圖源自Nature ）
通過雙鏈斷裂有針對性地破壞mtDNA的另一種方法是精確的基因組編輯，到現在為止，但是未在mtDNA報導過。精確安裝或校正致病性突變的能力可以加快由mtDNA突變引起的疾病的建模，促進臨床前候選藥物測試，並有可能實現直接校正致病性mtDNA突變的治療方法。儘管胞苷和腺苷脫氨酶通過在核中進行鹼基編輯對精確的基因組編輯很重要，但它們的生化和功能多樣性仍未得到充分開發。細菌基因組包含各種未表徵的脫氨酶，這增加了某些細菌可能具有獨特的活性以啟用新的基因組編輯功能的可能性。
該研究描述了一種細菌間毒素，將其命名為DddA，它可以催化dsDNA中胞苷的脫氨。該研究設計了無毒且無活性的split-DddA半分子。DddA分割的一部分結構域（轉錄激活子樣效應子陣列蛋白）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑的融合，產生了無RNA的DddA衍生的胞嘧啶鹼基編輯器（DdCBE），可催化人mtDNA中的CG到TA轉化，具有高靶標特異性和產品純度。該研究使用DdCBEs建模人類細胞中與疾病相關的mtDNA突變，從而導致呼吸速率和氧化磷酸化的改變。不含CRISPR的DdCBE可以精確操縱mtDNA，而不是消除因被靶向核酸酶切割而產生的mtDNA拷貝，這對線粒體疾病的研究和潛在治療具有廣泛的意義。