所謂不依賴于DNA鏈斷裂的基因編輯技術，實際上又可稱之為單堿基基因編輯技術。事實上，自2016年4月開始，以David Liu、Akihiko Kondo以及上海交大常興實驗室為代表的好幾個團隊就相繼在Nature、Science、Nature Methods雜志上首次報道了不同類型的單堿基基因編輯系統【1-3】。不同的是David Liu實驗室基于的是胞嘧啶脫氨酶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）開發了第二代和第三代單堿基編輯系統APOBEC-XTEN-dCas9-UGI （BE2）和APOBEC-XTEN-Cas9n-UGI（BE3）【1】；而Akihiko Kondo實驗室則基于七鰓鰻的胞嘧啶脫氨酶PmCDA1開發了dCas9-PmCDA1-UGI和Cas9n-PmCDA1-UGI單堿基編輯系統【2】；常興實驗室則基于人源AID開發了dCas9-AIDx單堿基編輯系統，用于耐藥突變的篩選【3】。
然而上述糾正單堿基突變的技術局限于只能將G·C堿基對轉換成T·A 堿基對，對于將A·T堿基對轉換成G·C堿基對一時還無法解決，從而限制了單基因基因編輯技術的廣泛應用。這里面存在的一個長期問題是沒有找到合適的腺嘌呤脫氨酶。盡管有研究表明存在具有活性的腺嘌呤脫氨酶，然而這些酶一般只針對單堿基的腺苷或腺嘌呤或者錯配的RNA：DNA異聚體上才有活性，而不能在正常的DNA鏈上進行脫氨。那么如何才能獲得合適有效的腺嘌呤脫氨酶呢？那么選擇對從細菌到哺乳動物中存在的相關酶類進行改造就不失為一個好辦法。
腺嘌呤脫氨酶能將腺嘌呤A轉變為次黃嘌呤I，I被聚合酶識別為G
在這項研究中，David Liu實驗室的研究人員通過使用蛋白進化和蛋白工程的手段通過大量的實驗終于成功改造獲得了能夠對正常DNA上腺嘌呤脫氨的酶——E. coli TadA（ecTadA），然后將ecTadA與dCas9融合（ecTadA-dCas9）就可以進行檢測了。后面的故事以及進行的優化以提高效率和準確率就不用多講了，這都是水到渠成的事情了。
在所有已知的疾病相關單堿基對突變中，約有一半涉及野生型G·C堿基對轉換成突變型A·T堿基對，因此將A·T堿基對突變回野生型的G·C堿基對就顯得十分有意義了，然而此前的技術僅能將G·C堿基對變為A·T堿基對，因此過去的單堿基基因編輯技術有很大的局限性。而上述工作中的新型堿基編輯器則有可能恢復大量這一類的突變。
David Liu實驗室的研究還表明，ecTadA-dCas9堿基編輯器對細菌細胞和人類細胞的DNA均有效。且在人類細胞中，它們能夠在大范圍的目標區域內引入預期遺傳突變，效率約為50%，高于任何其它基因組編輯方法的效率，而且幾乎無任何不良副作用，如隨機插入、刪除或其它突變等。
因此，該工具的問世將為今后大范圍內治療點突變遺傳疾病提供了極大的便利。不得不說，很多事情真的是事在人為。
一句話點評：
（黃軍就，中山大學生命科學學院教授）
文章研究極大地豐富了單堿基編輯系統，使得制備單堿基突變的遺傳疾病細胞和動物模型變得更加簡便和高效，也為后續治療點突變遺傳疾病提供了重要的工具。
參考文獻：
1、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).
2. Nishida, K. et al. Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems. Science 353 (2016).
3. Ma, Y. et al. Targeted AID-mediated mutagenesis (TAM) enables efficient genomic diversification in mammalian cells. Nature methods 13, 1029-1035 (2016).
David Liu教授（圖片來自其實驗室網頁）
