不用「切割」也能精准编辑基因了，华人学者开发全新「碱基编辑器」

纳兰烙烙

原标题:不用「切割」也能精准编辑基因了，华人学者开发全新「碱基编辑器」

摘要：CRISPR 基因编辑技术之外的新工具。

基因编辑技术有了重大进展。Broad 研究所的华人学者 David Liu 教授的团队开发出了一种「碱基编辑器」，可以让细胞内 DNA 的一种碱基通过简单的化学反应，变成另一种碱基，达到精准编辑基因的目的。这给基因编辑技术带来了另一种编辑工具。该研究被发表在了国际顶级学术期刊《Nature》上。

说到基因编辑技术，如今最常用的是 CRISPR 基因编辑技术，通过处理后的病毒携带基因片段，进入细胞内 DNA 替换原有基因。这种技术，需要切割 DNA 才能实现基因编辑。而「碱基编辑器」的突破在于，它不需要切割 DNA，直接在 DNA 上进行化学反应，来精准编辑基因。而此前，CRISPR 基因编辑技术可能会引起随机插入和删除等突变，而「碱基编辑器」技术则几乎避免了这种情况。

下面，我们来了解一下这项技术的原理。

我们在中学课本上就已经知道，DNA 的双螺旋结构由 4 种碱基组成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）。其中，A 和 T 配对，C 和 G 配对，组成了人类的遗传信息。一个问题是，胞嘧啶（C）容易发生脱氨突变，这样一来，C-G 就变成了 A-T 组合。这种单碱基变异可能会引起病变，高达一半的致病单碱基变异来源于这种突变。而这种突变是可遗传的，也就是我们所说的遗传病。

想要根治这种病变，就要从基因层面进行纠正，也就是说要把突变形成的 A-T 组合还原成 C-G 组合。

David Liu 教授的团队在实验中观察到：腺嘌呤（A）在出现脱氨反应后，会变成一种叫做肌苷的分子，而它与鸟嘌呤（G）的结构非常接近，也能成功骗过细胞里的 DNA 聚合酶。简单的几轮 DNA 复制后，A-T 组合就能变回 C-G。

合适的脱氨反应能将腺嘌呤转变为结构类似于鸟嘌呤的肌苷 图 |《Nature》

然而，科学家们发现，自然界中并没有能够在 DNA 中催化腺嘌呤（A）进行脱氨反应的酶。不过，在人体中存在一种叫做 TadA 的酶，能使 RNA 上的腺嘌呤（A）脱氨。David Liu 教授的团队对 TadA 进行了改造，并将编码 TadA 的基因引入大肠杆菌内，在大肠杆菌的快速繁衍中突变出了可以催化 DNA 腺嘌呤（A）的能力。

目前，David Liu 教授的团队已经有了把 C 变成 T，把 A 变成 G，把 T 变成 C，以及把 G 变成 A 的工具。

有了能让 DAN 中的腺嘌呤（A）脱氨的酶，下一步就要做到精准控制，特异性催化。换句话说，就是只催化那些突变后的碱基，而不是对所有的腺嘌呤（A）进行催化。怎么做呢？

这个时候，David Liu 教授想到了 CRISPR 基因编辑技术，因为 CRISPR-Cas9 系统在基因编辑时可以做到非常精准。不同的是，David Liu 教授的团队引入了一种无法切割 DNA 的特殊的 CRISPR-Cas9 系统，既可以精准定位，又不会切割 DNA。

碱基编辑器的作用机理 图 | 《Nature》

经过漫长的 7 代筛选，David Liu 教授的团队终于开发出了「碱基编辑器」，通过可以催化 DNA 碱基的 TadA 酶，精准编辑 DNA 上的碱基。研究显示，该技术在人类细胞中的编辑效率超过了 50%。

正如开篇所说，David Liu 教授团队开发出的这种工具，不仅是基因编辑的另一种新工具，同时也降低了基因治疗的风险，在治疗单基因突变上可能更为安全有效。CRISPR 基因编辑技术的出现曾让基因编辑爆发，此次新工具的问世，想必还会引发一系列的连锁反应。可能，基因编辑的时代真的要来了。

文章来自凤凰网