碱基编辑（BE）作为一种前沿的基因组编辑技术，能够在基因组水平上实现精确、高效的单碱基编辑。常用的DNA碱基编辑器主要是通过将可编程的DNA结合蛋白（如Cas9）与碱基脱氨酶融合实现的。然而，这些碱基编辑器主要针对C和A碱基的直接编辑，并且它们所包含的脱氨酶可能导致非Cas9依赖的DNA或RNA脱靶。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员毕昌昊带领的合成生物技术研究团队和张学礼带领的微生物代谢工程研究团队开发了不依赖脱氨酶（DAF）的碱基编辑器DAF-CBE和DAF-TBE，在大肠杆菌和哺乳动物细胞中实现了高效的碱基颠换编辑。相关结果于近日发表在Nature Biotechnology上。

首先，研究团队改造了人源尿嘧啶糖基化酶（UNG）的两个突变体，获得了两种高活性的DNA糖基化酶，分别可以作用于胞嘧啶碱基的CDG4和胸腺嘧啶碱基的TDG3。随后，研究团队将这两种DNA糖基化酶与nCas9（Cas9，D10A）融合，构建了CDG4-nCas9和TDG3-nCas9两种碱基编辑器，用于在大肠杆菌中进行C-to-A和T-to-A的编辑。实验结果显示，这两种碱基编辑器在大肠杆菌中的编辑效率最高分别达到58.7％和54.3％。

研究团队针对Homo sapiens密码子优化版本的CDG4-nCas9和TDG3-nCas9，在HEK293T细胞中实现了C-to-G和T-to-G的颠换编辑，编辑效率分别达到38.8%和48.7%。而且，这两种编辑器的脱靶效果低于常用的胞嘧啶碱基编辑器（BE4max）和糖基化酶碱基编辑器（CGBEs）。研究团队将这两个编辑器命名为DAF-CBE和DAF-TBE，在优化后成功实现了人诱导多功能干细胞（hiPSC）高效编辑。

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DAF-BEs碱基编辑器的设计以及进化    中国科学院天津工业生物技术研究所供图

与现有的引导编辑器或糖基化酶碱基编辑器（GBEs）相比，DAF-BEs具有相当的编辑效率、更小的尺寸和更低的脱靶率，扩展了碱基编辑器的编辑类型，为工业菌株铸造和生物医药等领域相关研究提供了新的技术工具。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-023-02050-w