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更精准、更高效、更清静，，单碱基编辑器比“基因铰剪”还好用

2024/09/20

图为DNA分子模子。。。。单碱基编辑器能准确修改DNA分子中的单个碱基。。。。

克日，，中国农业科学院深圳农业基因组研究所动物表观基因组学立异团队运用人工智能挖掘出一种新型卵白——胞嘧啶脱氨酶，，开发出高效、无序列偏好的胞嘧啶碱基编辑工具。。。。相关研究效果日前揭晓在《自然·生物医学工程》杂志上。。。。

“团队使用人工智能卵白结构展望工具和结构聚类要领来挖掘和筛选新的胞嘧啶脱氨酶，，并提供了高效率、适用普遍的候选胞嘧啶脱氨酶用于构建胞嘧啶碱基编辑器，，有力推进胞嘧啶碱基编辑器在生物医学和农业育种等领域的应用。。。。”论文通讯作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员左二伟告诉记者。。。。

修改特定碱基更精准

“单碱基编辑器是一种革命性的基因编辑手艺，，能准确修改DNA分子中的单个碱基，，不必像古板的基因编辑工具那样随机切割基因组或完全替换整个基因序列。。。。单碱基编辑器使用特定的卵白质或酶与靶向RNA连系，，能够实现定点突变，，从而准确调解基因的功效或表达水平。。。。”左二伟说，，这种手艺极大地拓展了基因编辑的应用领域，，使科学家可以更细腻地探索基因的作用机制和影响，，不但在理论研究上有主要价值，，也在应用实践中具有重大潜力。。。。

现在，，研究职员已经开发出几种主要的单碱基编辑器，，其中包括胞嘧啶碱基编辑器（CBE）、腺嘌呤碱基编辑器（ABE）等。。。。

“这些编辑器相较于古板的基因编辑工具，，有显著优势。。。。首先，，它们准确性更高，，只修改特定碱基，，而不会对周围的基因序列造成改变。。。。例如，，CBE可使用胞嘧啶脱氨酶将靶位点的胞嘧啶转变为胸腺嘧啶；；；；ABE则通过将特定的腺嘌呤直接转变为鸟嘌呤，，准确地修正单个碱基，，而不影响其余基因组结构。。。。其次，，相较于被称为“基因铰剪”的基因组编辑器CRISPR-Cas9需要引入双链断裂修复机制，，单碱基编辑器可以在不切断基因组双链的情形下对靶位点举行准确修改，，有助于坚持基因组的稳固性。。。。”左二伟说。。。。

别的，，单碱基编辑器还能够在无需大规模替换DNA的情形下，，实现对基因功效的准确调理，，节约了时间和资源，，提高了操作效率。。。。

左二伟先容，，单碱基编辑器因其准确、高效、清静的特征，，正逐渐成为基因编辑领域的主要工具。。。。

基于AI的卵白结构展望更高效

为了让单碱基编辑器这个基因编辑的“利器”矛头更盛，，研究职员对其睁开了进一步的研究。。。。

上述中国农业科学院深圳农业基因组研究所立异团队取得的最新研究效果即是其中一例。。。。

作为CBE的要害卵白酶，，胞嘧啶脱氨酶的催化特征直接影响了CBE的编辑性能。。。。

“现在常用的胞嘧啶脱氨酶在基因编辑历程中保存效率不敷高、有显着的序列偏好性以及潜在的脱靶危害等问题。。。。因此，，发明具有新功效特征的胞嘧啶脱氨酶关于提升和扩展CBE的编辑性能至关主要。。。。”论文第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后徐奎告诉记者。。。。

古板要领主要依赖卵白质的一级序列信息通过序列守旧性比对和分类来实现对新卵白的筛选。。。。然而，，这种方法忽略了影响卵白功效的要害因素——卵白质的三维结构。。。。近年来，，随着AlphaFold2等人工智能手艺的生长，，能够快速展望给定卵白序列的三维结构，，通过规模�；；；饰龊头掷嗦寻捉峁�，，极大地推动了新功效卵白的挖掘效率。。。。

“本研究使用AlphaFold2天生了大宗自然界中保存的胞嘧啶脱氨酶的三维结构展望，，并凭证结构相似性对这些脱氨酶举行了聚类。。。。从每个聚类中选择了具有代表性的脱氨酶举行碱基编辑活性检测。。。。通过这种要领，，我们筛选出多种具有显著特征的脱氨酶，，它们展示出高编辑效率、编辑效率与脱靶效应之间的更佳平衡以及编辑窗口的多样性。。。。”徐奎说。。。。

特殊值得注重的是，，该研究发明了几种在编辑位点序列上不具偏好性的胞嘧啶脱氨酶，，能够无选择性地编辑差别的基因序列，，这一发明尚属首次。。。。“这项研究凸显了基于人工智能的卵白结构展望工具在挖掘和筛选新功效卵白方面的重大潜力，，并提供了新的候选胞嘧啶脱氨酶用于构建CBE。。。。”徐奎说。。。。

基础和应用研究潜力重大

单碱基编辑器在生物医学和农业育种领域展现出普遍的应用潜力。。。。

“在生物医学领域，，单碱基编辑器的应用主要集中在遗传病治疗方面。。。。遗传病往往由单碱基突变引起，，如囊性纤维化和镰状细胞血虚等。。。。古板治疗要领通常是对症处置惩罚，，难以根治。。。。单碱基编辑手艺的泛起为这些突变的准确修复提供了新的途径。。。。”左二伟说，，例如，，使用CBE或ABE可以直接修复基因组中的有害突变，，恢复正常�；；；蚬π�。。。。这种精准的基因修复不但能够提高治疗效果，，镌汰不良副作用，，尚有望改善患者的生涯质量。。。。

别的，，单碱基编辑手艺在癌症治疗和免疫疗法领域也展现了潜力。。。。例如，，通过定点修复癌症相关基因的突变，，可以有用提升免疫疗法的治疗效果，，并镌汰肿瘤细胞的耐药性。。。。

“在农业领域，，单碱基编辑手艺被普遍应用于改良作物和家畜的性状。。。。例如，，通过CBE或ABE可以准确调控农作物的抗病性、耐旱性和产量等主要性状，，从而提高农作物的顺应性和经济价值。。。。这种精准改良不但有助于缓解全球粮食清静压力，，还能镌汰对化学农药的依赖，，保�；；；で樾魏蜕锒嘌�。。。。”左二伟说。。。。

别的，，单碱基编辑手艺在基础科学研究中也施展着主要作用。。。。通过准确修改特定基因的功效区域，，科学家可以深入探索基因的调控机制。。。。例如，，研究职员可以使用单碱基编辑手艺研究基因的启动子区域或调控元件，，展现其在细胞分解、发育和疾病爆发中的作用机制。。。。这为明确生命的基本纪律提供了新的实验手段。。。。

“随着手艺的一直前进和应用的拓展，，预计单碱基编辑手艺将成为未来基因编辑领域的要害手艺之一，，给人类康健、食物清静和生物多样性保�；；；ご瓷钤队跋�。。。。”左二伟说。。。。

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