新型鹼基編輯器在微生物中實現任意鹼基編輯
◎本報記者 陳 曦
作為基因組編輯前沿技術，無需產生DNA雙鏈斷裂，也無需供體DNA的參與，實現靶位點的精準點突變，已成為基因編輯的重要研究方向。
開發新型鹼基編輯技術實現鹼基轉換甚至任意鹼基變換，在合成生物體系構建、遺傳疾病的基因治療、生物性狀修飾等領域具有重要意義。
中國科學院天津工業生物技術研究所張學禮研究員帶領的微生物代謝工程研究團隊和畢昌昊研究員帶領的合成生物技術研究團隊聯合攻關，設計構建了胞嘧啶脫氨酶-nCas9-Ung蛋白複合物，創建出新型糖基化酶鹼基編輯器（GBE），開發了可實現嘧啶和嘌呤間轉換的單鹼基基因編輯系統。基於該系統，國際上首次在微生物中實現任意鹼基編輯、在哺乳動物細胞中實現胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）的特異性轉換。相關成果2020年12月底發表在《自然·生物技術》期刊。
成功對大腸桿菌和哺乳動物進行鹼基轉換
據介紹，現有鹼基編輯器只能實現嘧啶與嘧啶和嘌呤與嘌呤間的鹼基轉換，尚沒有鹼基編輯器實現嘧啶與嘌呤間的特異性鹼基轉換。傳統的胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）在脫氨酶（AID）的作用下，將DNA單鏈上的C轉變為尿嘧啶（U），經過多次DNA複製才轉化為胸腺嘧啶（T）。
GBE獨闢蹊徑，利用細胞自身DNA修復系統直接修復該「非常規鹼基」，生成特定鹼基，實現鹼基編輯：將尿嘧啶糖基轉移酶（Ung）帶到由胞嘧啶脫氨酶形成的尿嘧啶鹼基位點，在該位點脫去尿嘧啶，建立無嘌呤/無嘧啶（AP）位點，DNA損傷位點誘導啟動DNA修復，從而實現鹼基的轉變。實驗結果證明，GBE鹼基編輯器在大腸桿菌中可將C轉換為腺嘌呤（A），編輯特異性平均達到93.8%±4.8%，並實現任意鹼基間的變換。
在哺乳動物細胞中，GBE鹼基編輯器能夠在N20序列的第6位胞嘧啶（C6）處進行高特異性的C到G轉換。30個檢測位點、23個位點的C-G編輯特異性大於50%，其中2個位點特異性達到90%以上。
直接將目標鹼基特異性修改成目的鹼基
GBE作為新一代鹼基編輯技術，擺脫傳統鹼基編輯依賴多次DNA複製的缺點，直接將目標鹼基特異性修改成目的鹼基，進一步完善了鹼基編輯系統，填補了現有鹼基編輯技術的空缺，在國際上首次實現微生物基因鹼基的任意編輯改造，極大提升了基因編輯和合成生物構建能力。
GBE也是第一個可在哺乳動物細胞進行C-G特異性轉換的鹼基編輯器，具有較高的特異性和較窄的編輯窗口，將為3000多種已知C、G鹼基突變引起的人類遺傳疾病治療帶來曙光。該鹼基編輯技術的突破，進一步提高了我國生物技術的底層技術能力，將為生物產業關鍵技術的自主創新發揮重要作用。
該研究獲得國家重點研發計劃、中國科學院重點部署項目、國家自然科學基金以及天津市合成生物技術創新能力提升行動的支持。相關成果已申請PCT專利。
【編輯:卞立群】
【來源：中新網】
聲明：轉載此文是出於傳遞更多信息之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯繫，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb.cn