近年來，基于CRISPR/Cas9的基因組編輯技術具有簡單，高效的特點，在生命科學領域得到廣泛的應用。CRISPR/Cas9 基因編輯系統可以對靶位點DNA進行切割從而形成DNA雙鏈斷裂，引起DNA的非同源末端連接（nonhomologous end joining, NHEJ） 或者提供供體DNA片段引起同源重組修復（homologous recombination，HDR）。同源重組修復效率低下。而NHEJ主要是在靶位點附近形成Indel，這種修復方式往往不可控，不能滿足科研工作者精確定向編輯的要求。

10月25日，哈佛大學化學與化學生物學系、HHMI以及哈佛-麻省理工大學Broad研究所的David Liu教授團隊在Nature上發表了題目為“Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA ”的突破性研究成果。該研究報道了一種腺嘌呤編輯器 (ABE)，其核心是發現了一種腺嘌呤脫氨酶（ecTadA），ecTadA可以對腺嘌呤（A）進行脫氨形成肌苷（I），而肌苷在DNA復制中被DNA聚合酶識別為鳥嘌呤（G），從而通過DNA的復制就可以把基因組DNA的A•T堿基對轉換成G•C堿基對。在這項研究中，David Liu實驗室的研究人員通過對TadA進行優化，獲得了多種修飾的TadA*，并且與dCas9融合（TadA*-dCas9），形成多種腺嘌呤編輯器（ABEs），通過效率與準確率的篩選分析，獲得的ABE7.10的定向編輯效率約為50%。

事實上，David Liu 教授團隊早在2016 年 4 月已經報道了一種可以將G•C堿基對轉換成T•A 堿基對的研究成果，此研究利用胞嘧啶脫氨酶APOBEC1（能催化C脫氨基變成U，而U在DNA復制過程中會被識別成T）和尿嘧啶糖基化酶抑制劑UGI（能防止尿嘧啶糖基化酶將U糖基化引起堿基切除修復）研發了第2代和第3代單堿基編輯系統APOBEC-XTEN-dCas9-UGI （BE2）和APOBEC-XTEN-Cas9n-UGI（BE3）。

結合本次研究成果，目前單堿基基因編輯技術實現了不依賴于DNA斷裂而能夠將DNA四種堿基A、T、G、C進行替換的編輯技術。目前單堿基編輯系統變得越來越精確，越來越完善，必將極大的推動人類疾病的臨床治療和動植物的育種進程。

參考文獻：

1. Nicole M. Gaudelli, Alexis C. Komor, Holly A. Rees, Michael S. Packer, Ahmed H. Badran, David I. Bryson & David R. Liu. Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage. Nature (2017) Published online 25 October 2017.

2. Komor, A.C., Kim, Y.B., Packer, M.S., Zuris, J.A. & Liu, D.R. Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage. Nature 533, 420-424 (2016).