中國科學(xué)家創(chuàng)建出新型糖基化酶堿基編輯器

作為基因組編輯前沿技術(shù)，堿基編輯(base editing, BE)無需產(chǎn)生DNA 雙鏈斷裂，也無需供體DNA 的參與，可實現(xiàn)靶位點的精準(zhǔn)點突變，已成為基因編輯的重要研究方向。 現(xiàn)有堿基編輯器只能實現(xiàn)嘧啶間（胞嘧啶堿基編輯器）和嘌呤間（腺嘌呤堿基編輯器）的堿基轉(zhuǎn)換，尚沒有堿基編輯器實現(xiàn)嘧啶與嘌呤間的特異性堿基顛換。 開發(fā)新型堿基編輯技術(shù)實現(xiàn)堿基顛換甚至任意堿基變換，在合成生物體系構(gòu)建、遺傳疾病的基因治療、生物性狀修飾等領(lǐng)域具有重要意義。

中科院天津工業(yè)生物所張學(xué)禮研究員帶領(lǐng)的微生物代謝工程研究團隊和畢昌昊研究員帶領(lǐng)的合成生物技術(shù)研究團隊聯(lián)合攻關(guān)，設(shè)計構(gòu)建了胞嘧啶脫氨酶-nCas9-Ung 蛋白復(fù)合物，創(chuàng)建出新型糖基化酶堿基編輯器（GBE），開發(fā)了可實現(xiàn)嘧啶和嘌呤間顛換的單堿基基因編輯系統(tǒng)。

基于該系統(tǒng)，國際上首次在微生物中實現(xiàn)任意堿基編輯、在哺乳動物細(xì)胞中實現(xiàn)C-G 堿基特異性顛換。 2020 年7月20 日，研究論文發(fā)表于《自然—生物技術(shù)》。

傳統(tǒng)的胞嘧啶堿基編輯器（CBE）在脫氨酶（AID）的作用下，將DNA 單鏈上的C 轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ぃ║），經(jīng)過多次DNA復(fù)制才轉(zhuǎn)化為T。 新型GBE 堿基編輯器獨辟蹊徑，利用細(xì)胞自身DNA 修復(fù)系統(tǒng)直接修復(fù)該“非常規(guī)堿基”，生成特定堿基，實現(xiàn)堿基編輯：將尿嘧啶糖基轉(zhuǎn)移酶（Ung）帶到由胞嘧啶脫氨酶形成的尿嘧啶堿基位點，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(dǎo)啟動DNA 修復(fù)，從而實現(xiàn)堿基的轉(zhuǎn)變。 實驗結(jié)果證明，GBE 堿基編輯器在大腸桿菌中可將C 特異性顛換為A，編輯特異性平均達(dá)到（93.8±4.8）%，并實現(xiàn)任意堿基間的變化（NBE）。

GBE 作為新一代堿基編輯技術(shù)，擺脫傳統(tǒng)堿基編輯依賴多次DNA 復(fù)制的缺點，直接將目標(biāo)堿基特異性修改成目的堿基，該技術(shù)進(jìn)一步完善堿基編輯系統(tǒng)，填補了現(xiàn)有堿基編輯技術(shù)的空缺，在國際上首次實現(xiàn)微生物基因堿基的任意編輯改造，極大提升了基因編輯和合成生物構(gòu)建能力。

GBE 也是第一個可在哺乳動物細(xì)胞進(jìn)行C-G 特異性顛換的堿基編輯器，具有較高的特異性和較窄的編輯窗口，將為3 000 多種已知CG 堿基突變引起的人類遺傳疾病治療帶來曙光。該堿基編輯技術(shù)的突破，進(jìn)一步提高了我國生物技術(shù)的底層技術(shù)能力，將為生物產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新發(fā)揮重要作用。