本文是一篇关于基因编辑技术的原创研究论文，发表于《Journal of Genetics and Genomics》2024年第51卷，作者包括Bingxiu Ma、Han Wu、Shixue Gou等，研究机构包括广州医科大学第三附属医院、中国科学院广州生物医药与健康研究院等。该研究开发了一种新型双功能碱基编辑器BDBe，能够同时编辑腺嘌呤（A）和胞嘧啶（C），生成多种双核苷酸变异（MNVs），为研究多核苷酸变异相关的遗传疾病提供了重要工具。

研究背景

多核苷酸变异（MNVs）是与多种遗传疾病和癌症相关的重要遗传变异类型。尽管单核苷酸变异（SNVs）的研究已经取得了显著进展，但MNVs的研究仍面临技术挑战。现有的基因编辑工具如CRISPR-Cas9和碱基编辑器（Base Editors）在生成MNVs方面存在局限性，尤其是无法同时高效编辑相邻的核苷酸。因此，开发一种能够同时编辑多个核苷酸的碱基编辑器具有重要的科学意义和应用价值。

研究方法

研究团队开发了一种名为BDBe的双功能碱基编辑器，通过将TadA-dual和工程化的人类N-甲基嘌呤DNA糖基化酶（eMPG）与nCas9（D10A）结合，实现了A-to-G/C/T和C-to-T/G/A的同时编辑。BDBe能够将相邻的CA双核苷酸转化为九种不同的双核苷酸组合，包括AC、AG、AT、GC、GG、GT、TC、TG和TT。研究团队构建了四种不同版本的BDBe，并通过实验验证了其编辑效率和产物多样性。

实验结果

实验结果表明，BDBe在多种人类细胞系中表现出高效的编辑能力，特别是在HEK293T细胞中，BDBe4版本表现出最佳性能，能够生成最多样化的双核苷酸产物。此外，BDBe4在模拟GNOMAD数据库中的MNVs时表现出色，成功生成了所有九种双核苷酸变异。研究还表明，BDBe4的脱靶效应较低，具有较高的编辑特异性。

研究意义

该研究开发的BDBe系统为MNVs的研究提供了强大的工具，能够精确模拟与人类遗传疾病相关的MNVs。通过生成多种双核苷酸变异，BDBe不仅扩展了碱基编辑器的应用范围，还为研究MNVs的功能和机制提供了新的途径。此外，BDBe的高效性和低脱靶效应使其在基因治疗和功能基因组学研究中具有广泛的应用前景。

研究亮点

1. 新型双功能碱基编辑器：BDBe能够同时编辑A和C，生成多种双核苷酸变异，突破了现有碱基编辑器的局限性。
2. 高效性和多样性：BDBe4在多种细胞系中表现出高效的编辑能力，能够生成九种不同的双核苷酸产物。
3. 低脱靶效应：BDBe4的脱靶效应较低，具有较高的编辑特异性，适合用于精确的基因编辑研究。
4. 应用前景广泛：BDBe为研究MNVs相关的遗传疾病提供了重要工具，具有潜在的临床应用价值。

结论

该研究成功开发了一种新型双功能碱基编辑器BDBe，能够同时编辑A和C，生成多种双核苷酸变异。BDBe在模拟MNVs方面表现出色，为研究多核苷酸变异相关的遗传疾病提供了强大的工具。未来，BDBe有望在基因治疗、功能基因组学和疾病模型构建等领域发挥重要作用。