人類的遺傳疾病中超過32000種基因變化為單堿基突變，所以開發精確、高效、安全基因編輯工具對單堿基突變進行修復有著重要的應用價值。
作為基因組編輯前沿技術，堿基編輯(base editing, BE)無需產生DNA雙鏈斷裂，也無需供體DNA的參與，可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。現有堿基編輯器有2種，一種是CBE(Cytidine Base Editing)， 可以實現嘧啶間的堿基轉換，將C轉換成T，C·G堿基對轉變為T·A堿基對，另一種是ABE(Adenosine Base Editing),可以實現嘌呤間的堿基轉換，將A轉換成G，A·T堿基對轉變為G·C堿基對。
開發新型堿基編輯技術實現堿基顛換甚至任意堿基變換，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。
圖3：相關研究成果發表于Nature Biotechnology
中科院天津工業生物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蛋白復合物，創建出新型糖基化酶堿基編輯器(GBE, glycosylase base editors)，開發了可實現嘧啶和嘌呤間顛換的單堿基基因編輯系統，研究成果發表于Nature Biotechnology（圖3）。基于該系統，國際上首次在微生物中實現任意堿基編輯、在哺乳動物細胞中實現C-G堿基特異性顛換。
新型GBE堿基編輯器獨辟蹊徑，利用細胞自身DNA修復系統直接修復該“非常規堿基”，生成特定堿基，實現堿基編輯：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堿基位點，在該位點脫去尿嘧啶，建立無嘌呤/無嘧啶(AP)位點（圖4），DNA損傷位點誘導啟動DNA修復，從而實現堿基的轉變。
圖5 A: NBE的目標是作用于初始編輯（紅色所示）。當需要編輯互補的G或T時，C或A會轉換充當初始目標。
B: DNA的序列會按照NBE的步驟按順序獲得；水平柱狀圖表示測序分析后每個步驟觀察到的平均編輯效率。點代表單個生物學重復，誤差棒代表三個獨立生物學復制品的標準差。
GBE作為新一代堿基編輯技術，擺脫傳統堿基編輯依賴多次DNA復制的缺點，直接將目標堿基特異性修改成目的堿基，該技術進一步完善堿基編輯系統，填補了現有堿基編輯技術的空缺，在國際上首次實現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建能力。
GBE也是第一個可在哺乳動物細胞進行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。
在張學禮和畢昌昊團隊本次研究中的變體編碼序列由金斯瑞提供，不僅如此，用來生產pAPOBEC-nCas9-Ung和pUng-nCas9-AID的E.coli載體及human 載體均由金斯瑞合成組裝。我們旨在讓研發更容易,攜手全球科學家一起攻克難題。
圖文來自網絡
