近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所、四川大學(xué)和中科院上海營(yíng)養(yǎng)所等單位，針對(duì)DNA單堿基編輯器脫靶現(xiàn)象進(jìn)行了驗(yàn)證和優(yōu)化，進(jìn)一步驗(yàn)證了BE3與ABE兩種DNA單堿基編輯器在RNA水平上的脫靶現(xiàn)象，提出了優(yōu)化方案，有效降低了脫靶效應(yīng)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然（Nature）》上。
單堿基編輯技術(shù)是自2012年CRISPR/Cas9技術(shù)問世以來最被寄予厚望的高精度基因編輯技術(shù)。由于單堿基基因編輯器不造成DNA雙鏈斷裂，過去一直被認(rèn)為比傳統(tǒng)方法更加高效而安全，成為基因治療等領(lǐng)域的熱門工具之一。但今年3月以來，多位中外科學(xué)家發(fā)文報(bào)道單堿基編輯技術(shù)在DNA水平和RNA水平上均存在脫靶效應(yīng)，促使人們對(duì)單堿基編輯工具安全性進(jìn)行重新審視。驗(yàn)證單堿基編輯工具的脫靶效應(yīng)，開發(fā)更高精度的單堿基基因編輯技術(shù)對(duì)推動(dòng)該技術(shù)走向應(yīng)用領(lǐng)域具有重大意義。
此前，基因組所研究建立新型脫靶檢測(cè)技術(shù)GOTI，可以檢測(cè)到之前的脫靶檢測(cè)手段無法發(fā)現(xiàn)的完全隨機(jī)脫靶位點(diǎn)，促使科研人員據(jù)此開發(fā)精度更高、安全性更好的新一代基因編輯工具。
此次，基因組所參與的合作研究發(fā)現(xiàn)，DNA單堿基編輯工具CBE和ABE均存在大量的RNA脫靶效應(yīng)，相比于對(duì)照組，CBE或ABE處理的細(xì)胞的RNA SNV平均增加了15倍之多。這一結(jié)論加強(qiáng)了世人對(duì)單堿基編輯工具的安全性的審視。
為了獲得更加精準(zhǔn)的單堿基編輯工具，研究團(tuán)隊(duì)將BE3系統(tǒng)大鼠來源的rAPOBEC1更換為人源的hAPOBEC3A，并對(duì)其結(jié)合單鏈RNA的結(jié)構(gòu)域進(jìn)行點(diǎn)突變，獲得了3種高保真度的BE3突變體，均能夠有效降低RNA脫靶并保留了單堿基DNA編輯效率，這一改良顯著優(yōu)于國(guó)際上其他團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)針對(duì)ABE系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，以降低脫氨酶TadA*的RNA結(jié)合活性的思路進(jìn)行點(diǎn)突變，優(yōu)化后的系統(tǒng)在降低RNA脫靶現(xiàn)象的同時(shí)，維持了其在DNA上的編輯活性。此外，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的ABE(F148A)突變體還能夠縮小編輯窗口，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的DNA編輯，有望在未來成為一種更加安全、更加精準(zhǔn)的基因編輯工具。
研究團(tuán)隊(duì)一系列的研究成果極大優(yōu)化了單堿基基因編輯技術(shù)，降低了脫靶率，為基因編輯技術(shù)進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。審稿人對(duì)該研究給出了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是該領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)，對(duì)基因編輯領(lǐng)域具有重要價(jià)值。（通訊員 趙華）
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1314-0
