记者1月9日从中国科学院天津工业生物技术研究所获悉，该所毕昌昊研究员团队和张学礼研究员团队，合作开发了不依赖脱氨酶（daf）的新型碱基编辑器daf-cbe和daf-tbe，分别在大肠杆菌中实现c-to-a、t-to-a的碱基颠换，在哺乳动物细胞中实现c-to-g、t-to-g的碱基颠换。
该成果扩展了碱基编辑器的类型，为工业菌株改造和生物医药等领域研究提供了新的技术工具。相关研究成果近日发表于国际期刊《自然·生物技术》。
据介绍，碱基对是形成dna、rna单体以及编码遗传信息的化学结构。组成碱基对的碱基包括a、g、t、c、u。碱基编辑作为一种前沿的基因组编辑技术，可以在不切割dna双链的情况下，实现对单个碱基的精准编辑，因此也被公认为更具安全性。该技术已广泛应用于基础研究、基因治疗和细胞工厂构建等领域。
常用的dna碱基编辑器，主要通过将可编程的dna结合蛋白（如cas9）与碱基脱氨酶融合实现，包括胞嘧啶碱基编辑器（cbe）、腺嘌呤碱基编辑器（abe）以及糖基化酶碱基编辑器（gbe）等。它们可以实现c-to-t、a-to-g以及c-to-g等种类的碱基编辑。然而，这些碱基编辑器主要针对c和a碱基的直接编辑，并且它们所包含的脱氨酶可能导致非cas9依赖的dna或rna脱靶。
“为了扩展碱基编辑的类型，并避免使用脱氨酶，研究团队构建了两种碱基编辑工具。它们只包含一个胞嘧啶-dna糖基化酶（cdg）或胸腺嘧啶-dna糖基化酶（tdg）和ncas9两个组分。”毕昌昊介绍。
研究团队首先通过定向进化改造人源尿嘧啶糖基化酶（ung）的两个突变体，获得了两种高活性的dna糖基化酶，分别可以作用于胞嘧啶碱基的cdg4和胸腺嘧啶碱基的tdg3。随后，研究团队将这两种dna糖基化酶与ncas9（cas9，d10a）融合，构建了daf-cbe和daf-tbe碱基编辑器，用于在大肠杆菌中进行c-to-a和t-to-a的编辑。实验结果显示，这两种碱基编辑器在大肠杆菌中的编辑效率最高分别达到58.7％和54.3％。
研究团队又对这两种碱基编辑器进行了人类密码子优化，在hek293t细胞中实现了c-to-g和t-to-g的颠换编辑，编辑效率分别达到38.8%和48.7%。而且，这两种编辑器的脱靶效果低于常用的cbe和gbe。
此外，daf-cbe和daf-tbe碱基编辑器还成功实现了人诱导多功能干细胞的高效编辑。
daf-bes碱基编辑器的设计以及进化。
通过进一步的工程改造，研究团队优化了cdg和tdg的空间位置，得到了daf-cbe2和daf-tbe2的新版本。它们的编辑窗口从原来的间隔序列5′端移动到中间区域，c-to-g和t-to-g的编辑效率分别提高了3.5倍和1.2倍。
张学礼表示，经过定向进化改造，团队开发的daf-cbes和daf-tbes碱基编辑器在大肠杆菌和哺乳动物细胞中实现了高效的碱基颠换编辑，而无需使用脱氨酶。与现有的引导编辑器或糖基化酶碱基编辑器相比，daf-bes具有相当的编辑效率、更小的尺寸和更低的脱靶率，为工业菌株改造、遗传疾病治疗及细胞疗法开发提供了全新工具。