記者1月9日從中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所獲悉，該所畢昌昊研究員團隊和張學禮研究員團隊，合作開發(fā)了不依賴脫氨酶（DAF）的新型堿基編輯器DAF-CBE和DAF-TBE，分別在大腸桿菌中實現(xiàn)C-to-A、T-to-A的堿基顛換，在哺乳動物細胞中實現(xiàn)C-to-G、T-to-G的堿基顛換。
該成果擴展了堿基編輯器的類型，為工業(yè)菌株改造和生物醫(yī)藥等領域研究提供了新的技術工具。相關研究成果近日發(fā)表于國際期刊《自然·生物技術》。
據(jù)介紹，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(xiàn)對單個堿基的精準編輯，因此也被公認為更具安全性。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(xiàn)，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(xiàn)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的CDG4和胸腺嘧啶堿基的TDG3。隨后，研究團隊將這兩種DNA糖基化酶與nCas9（Cas9，D10A）融合，構建了DAF-CBE和DAF-TBE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(yōu)化，在HEK293T細胞中實現(xiàn)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(xiàn)了人誘導多功能干細胞的高效編輯。
DAF-BEs堿基編輯器的設計以及進化。
通過進一步的工程改造，研究團隊優(yōu)化了CDG和TDG的空間位置，得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2的新版本。它們的編輯窗口從原來的間隔序列5′端移動到中間區(qū)域，C-to-G和T-to-G的編輯效率分別提高了3.5倍和1.2倍。
張學禮表示，經過定向進化改造，團隊開發(fā)的DAF-CBEs和DAF-TBEs堿基編輯器在大腸桿菌和哺乳動物細胞中實現(xiàn)了高效的堿基顛換編輯，而無需使用脫氨酶。與現(xiàn)有的引導編輯器或糖基化酶堿基編輯器相比，DAF-BEs具有相當?shù)木庉嬓?、更小的尺寸和更低的脫靶率，為工業(yè)菌株改造、遺傳疾病治療及細胞療法開發(fā)提供了全新工具。
記者1月9日從中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所獲悉，該所畢昌昊研究員團隊和張學禮研究員團隊，合作開發(fā)了不依賴脫氨酶（DAF）的新型堿基編輯器DAF-CBE和DAF-TBE，分別在大腸桿菌中實現(xiàn)C-to-A、T-to-A的堿基顛換，在哺乳動物細胞中實現(xiàn)C-to-G、T-to-G的堿基顛換。
該成果擴展了堿基編輯器的類型，為工業(yè)菌株改造和生物醫(yī)藥等領域研究提供了新的技術工具。相關研究成果近日發(fā)表于國際期刊《自然·生物技術》。
據(jù)介紹，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(xiàn)對單個堿基的精準編輯，因此也被公認為更具安全性。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(xiàn)，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(xiàn)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的CDG4和胸腺嘧啶堿基的TDG3。隨后，研究團隊將這兩種DNA糖基化酶與nCas9（Cas9，D10A）融合，構建了DAF-CBE和DAF-TBE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(yōu)化，在HEK293T細胞中實現(xiàn)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(xiàn)了人誘導多功能干細胞的高效編輯。
DAF-BEs堿基編輯器的設計以及進化。
通過進一步的工程改造，研究團隊優(yōu)化了CDG和TDG的空間位置，得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2的新版本。它們的編輯窗口從原來的間隔序列5′端移動到中間區(qū)域，C-to-G和T-to-G的編輯效率分別提高了3.5倍和1.2倍。
張學禮表示，經過定向進化改造，團隊開發(fā)的DAF-CBEs和DAF-TBEs堿基編輯器在大腸桿菌和哺乳動物細胞中實現(xiàn)了高效的堿基顛換編輯，而無需使用脫氨酶。與現(xiàn)有的引導編輯器或糖基化酶堿基編輯器相比，DAF-BEs具有相當?shù)木庉嬓?、更小的尺寸和更低的脫靶率，為工業(yè)菌株改造、遺傳疾病治療及細胞療法開發(fā)提供了全新工具。
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