基因編輯最新成果「無需切割DNA也能自由替換鹼基」是如何實現的？

所謂不依賴於DNA鏈斷裂的基因編輯技術，實際上又可稱之為單鹼基基因編輯技術。David Liu實驗室基於的是胞嘧啶脫氨酶APOBEC1（能催化C脫氨基變成U，而U在DNA複製過程中會被識別成T）和尿嘧啶糖基化酶抑製劑UGI（能防止尿嘧啶糖基化酶將U糖基化引起鹼基切除修復）開發了第二代和第三代單鹼基編輯系統APOBEC-XTEN-dCas9-UGI （BE2）和APOBEC-XTEN-Cas9n-UGI（BE3）.

在這項研究中，David Liu實驗室的研究人員通過使用蛋白進化和蛋白工程的手段通過大量的實驗終於成功改造獲得了能夠對正常DNA上腺嘌呤脫氨的酶——E. coli TadA（ecTadA），然後將ecTadA與dCas9融合（ecTadA-dCas9）就可以進行檢測了。

David Liu實驗室的研究還表明，ecTadA-dCas9鹼基編輯器對細菌細胞和人類細胞的DNA均有效。且在人類細胞中，它們能夠在大範圍的目標區域內引入預期遺傳突變，效率約為50%，高於任何其它基因組編輯方法的效率，而且幾乎無任何不良副作用，如隨機插入、刪除或其它突變等。

如今最常用的是 CRISPR 基因編輯技術，通過處理後的病毒攜帶基因片段，進入細胞內 DNA 替換原有基因。這種技術，需要切割 DNA 才能實現基因編輯。而「鹼基編輯器」的突破在於，它不需要切割 DNA，直接在 DNA 上進行化學反應，來精準編輯基因。區別在於一個是替換，一個是在DNA上化學變化。

我們在中學課本上就已經知道，DNA 的雙螺旋結構由 4 種鹼基組成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）。其中，A 和 T 配對，C 和 G 配對，組成了人類的遺傳信息。一個問題是，胞嘧啶（C）容易發生脫氨突變，這樣一來，C-G 就變成了 A-T 組合。這種單鹼基變異可能會引起病變，高達一半的致病單鹼基變異來源於這種突變。而這種突變是可遺傳的，也就是我們所說的遺傳病。

想要根治這種病變，就要從基因層面進行糾正，也就是說要把突變形成的 A-T 組合還原成 C-G 組合。

科學家人團隊：腺嘌呤（A）在出現脫氨反應後，會變成一種叫做肌苷的分子，而它與鳥嘌呤（G）的結構非常接近，也能成功騙過細胞里的 DNA 聚合酶。簡單的幾輪 DNA 複製後，A-T 組合就能變回 C-G。

目前，David Liu 教授的團隊已經有了把 C 變成 T，把 A 變成 G，把 T 變成 C，以及把 G 變成 A 的工具。