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中国科学家发明了一种新的糖淀粉酶基础编辑器

来源:网络 2020-07-27 01:21:05

碱基编辑技术作为基因组编辑的前沿技术,不需要产生DNA双链断裂,也不需要供体DNA的参与,能够实现目标位点的精确点突变,已成为基因编辑的一个重要研究方向。

现有的碱基编辑器只能实现嘧啶(胞嘧啶碱编辑器)和嘌呤(腺嘌呤碱基编辑器)之间的碱基转换。没有碱基编辑器可以实现嘧啶与嘌呤之间的特定碱基转换。

开发新的碱基编辑技术,实现碱基转换甚至任意碱基转换,在综合生物系统建设、遗传病基因治疗、生物性状改良等领域具有重要意义。

由中国科学院天津工业生物学研究所张学礼领导的微生物代谢工程研究小组和由毕昌豪领导的合成生物技术研究小组,设计并构建了胞嘧啶脱氨酶-ncas9-ung蛋白复合物,并建立了一种新的糖基酶基编辑器(GBE),开发了一种能够实现嘧啶与嘌呤之间转换的单碱基基因编辑系统。

在此基础上,世界上首次实现了微生物任意碱基编辑和哺乳动物细胞C≥g碱基特异性转换。该研究论文于2020年7月20日发表在自然生物技术杂志上。

传统的胞嘧啶碱基编辑器(CBE)在脱氨酶的作用下,将DNA单链上的c转化为尿嘧啶(U)。

新的GBE碱基编辑器通过利用细胞自身的DNA修复系统直接修复非常规碱基以实现碱基编辑:将尿嘧啶糖基转移酶(Ung)引入嘧啶脱氨酶形成的尿嘧啶碱基位点,并在该位点建立嘌呤/嘧啶游离(AP)位点(图1),诱导DNA损伤位点启动DNA修复),从而实现碱基转化。

实验结果表明,GBE碱基编辑器可以在大肠杆菌中颠覆c(图2),平均编辑特异性为93.8±4.8%,可实现任意碱基间的(Nbe)变化。

在哺乳动物细胞中,GBE碱基编辑器可以在N20序列的第6(C6)个位置执行高度特异的c-g转换。

在检测的30个位点中,23个位点的C≥g编辑特异性大于50%,2个位点的异性恋率大于90%。

GBE作为新一代的碱基编辑技术,克服了传统碱基编辑依赖多DNA复制的缺点,直接修改了特定于目标基的目标碱基,进一步完善了碱基编辑系统,填补了现有碱基编辑技术的空白,首次实现了微生物基因库的任意编辑和修改,极大地提高了基因编辑和合成生物构建的能力。

GBE也是第一个在哺乳动物细胞中进行c/g特异性转换的碱基编辑器,其特异性高,编辑窗口窄,这将为治疗由3000多个已知CG碱基突变引起的人类遗传病带来曙光(图3)。

基础编辑技术的突破,进一步提高了我国生物技术的底层技术能力,将在生物产业核心技术的自主创新中发挥重要作用。

这项研究得到国家重点研究开发计划、中国科学院重点部署项目、国家自然科学基金和天津综合生物技术创新能力增强倡议的支持,相关成果发表在自然生物技术期刊上,并已申请PCT专利。

中国科学院天津工业生物学研究所助理研究员赵东东、天津师范大学李菊教授和天津工业生物研究所助理研究员李思伟是本文的第一作者,中科院天津工业生物学研究所的张学礼和毕长浩是本文的合著者。

[资料来源:今日科学]

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