美國(guó)Broad研究所David Liu等報(bào)告了一項(xiàng)了不起的研究發(fā)現(xiàn)，他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“堿基編輯器”，能在細(xì)胞內(nèi)利用簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，使DNA的一種堿基進(jìn)行原子重排，變成另一種堿基。與CRISPR-Cas9等時(shí)下流行的基因編輯手段不同，這種新技術(shù)無(wú)需使DNA斷裂，就能完成基因的精準(zhǔn)編輯。(Nature. 2017年10月25日在線版 doi:10.1038/nature24644)

人體DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)由4種堿基：腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)與鳥(niǎo)嘌呤(G)組成。由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，C不穩(wěn)定，易出現(xiàn)自發(fā)的脫氨突變，C-G變成A-T。據(jù)估計(jì)，每天人類的每個(gè)細(xì)胞里都會(huì)出現(xiàn)100~500次這樣的突變。而人類已知的致病單堿基變異，高達(dá)一半屬于這種突變。

若能定點(diǎn)修復(fù)這些基因突變，將A-T變回C-G，就有望從根源上糾正人類的許多遺傳疾病。研究者觀察到了一個(gè)很有意思的現(xiàn)象——腺嘌呤(A)在出現(xiàn)脫氨反應(yīng)后，會(huì)變成一種叫做肌苷的分子，與鳥(niǎo)嘌呤(G)的結(jié)構(gòu)非常接近，能成功騙過(guò)細(xì)胞里的DNA聚合酶。簡(jiǎn)單幾輪DNA復(fù)制后，A-T組合就能變回C-G。

自然界中并沒(méi)有可在DNA中催化腺嘌呤進(jìn)行脫氨反應(yīng)的酶。研究者在人體中發(fā)現(xiàn)了一種叫做TadA的酶，可催化轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上的腺嘌呤(A)，使其脫氨。盡管催化對(duì)象不同，但研究者認(rèn)為它有應(yīng)用潛力，于是對(duì)TadA進(jìn)行了改造。將編碼TadA的基因引入大腸桿菌內(nèi)，使這種酶在大腸桿菌快速的繁衍中，突變出催化DNA腺嘌呤的能力。

因DNA上的腺嘌呤特別多，不能把他們?nèi)嫁D(zhuǎn)化為鳥(niǎo)嘌呤，特異性地對(duì)某個(gè)堿基進(jìn)行催化，是這種技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。通過(guò)引入切不動(dòng)DNA的特殊CRISPR-Cas9系統(tǒng)，借助CRISPR-Cas9系統(tǒng)的精準(zhǔn)，但不讓它切開(kāi)雙鏈DNA，定點(diǎn)對(duì)腺嘌呤進(jìn)行原子重排，讓它變成另一種堿基。

經(jīng)歷了7代篩選后，研究團(tuán)隊(duì)終于開(kāi)發(fā)出了一款全新的“堿基編輯器”，核心是能有效針對(duì)DNA的TadA酶。無(wú)論是在細(xì)菌里，還是在人類細(xì)胞中，這款編輯器都能順利發(fā)揮作用。在人類細(xì)胞中的編輯效率超過(guò)50%。

研究者指出，這一新技術(shù)在矯正單堿基突變方面，比CRISPR-Cas9系統(tǒng)更有效，也更“干凈”，幾乎沒(méi)有引起任何隨機(jī)插入和刪除等突變，在全基因組里的脫靶效應(yīng)也優(yōu)于CRISPR-Cas9技術(shù)(這是人們對(duì)CRISPR-Cas9技術(shù)安全性的最大擔(dān)憂之一)。

只涉及堿基的原子重排，無(wú)需讓DNA雙鏈斷裂，可降低基因治療過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。此外，許多遺傳病都是單基因突變，用這些新手段進(jìn)行治療也更有的放矢。

(編譯 唐嫣)