不依賴脫氨酶的堿基編輯器開發成功

　　記者1月14日從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，該所研究員畢昌昊團隊和研究員張學禮團隊合作開發了不依賴脫氨酶（DAF）的新型堿基編輯器。該成果擴展了堿基編輯器的類型，為工業菌株改造和生物醫藥等領域研究提供了新的技術工具。相關研究成果近日發表于國際期刊《自然-生物技術》。

　　堿基對是形成DNA、RNA單體以及編碼遺傳信息的化學結構。組成堿基對的堿基包括A、G、T、C、U。堿基編輯作為一種前沿的基因組編輯技術，可以在不切割DNA雙鏈的情況下，實現對單個堿基的精準編輯，因此也被認為更具安全性。該技術已廣泛應用于基礎研究、基因治療和細胞工廠構建等領域。

　　常用的DNA堿基編輯器，主要通過將可編程的DNA結合蛋白（如Cas9）與堿基脫氨酶融合實現基因編輯，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。它們可以實現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C和A堿基的直接編輯，并且它們所包含的脫氨酶可能導致非Cas9依賴的DNA或RNA脫靶。

　　“為了擴展堿基編輯的類型并避免使用脫氨酶，研究團隊構建了兩種堿基編輯工具。它們只包含一個胞嘧啶-DNA糖基化酶（CDG）或胸腺嘧啶-DNA糖基化酶（TDG）和nCas9兩個組分。”畢昌昊介紹。

　　研究團隊首先通過定向進化改造人源尿嘧啶糖基化酶（UNG）的兩個突變體，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和胸腺嘧啶堿基。隨后，研究團隊將這兩種DNA糖基化酶與nCas9融合，構建了DAF-CBE和DAF-TBE兩種堿基編輯器，用于在大腸桿菌中進行C-to-A和T-to-A的編輯。實驗結果顯示，這兩種堿基編輯器在大腸桿菌中的編輯效率最高分別達到58.7％和54.3％。

　　研究團隊又對這兩種堿基編輯器進行了人類密碼子優化，在HEK293T細胞中實現了C-to-G和T-to-G的顛換編輯，編輯效率分別達到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現了人誘導多功能干細胞的高效編輯。通過進一步的工程改造，團隊還得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2兩個新版本堿基編輯器，其編輯活性更高。

　　張學禮表示，經過定向進化改造，團隊開發的堿基編輯器在大腸桿菌和哺乳動物細胞中實現了高效的堿基顛換編輯，且無需使用脫氨酶。與現有的引導編輯器或糖基化酶堿基編輯器相比，它們具有相當的編輯效率、更小的尺寸和更低的脫靶率。