人类的遗传疾病中超过32000种基因变化为单碱基突变，所以开发精确、高效、安全基因编辑工具对单碱基突变进行修复有着重要的应用价值。
作为基因组编辑前沿技术，碱基编辑(base editing, BE)无需产生DNA双链断裂，也无需供体DNA的参与，可实现靶位点的精准点突变，已成为基因编辑的重要研究方向。现有碱基编辑器有2种，一种是CBE(Cytidine Base Editing)， 可以实现嘧啶间的碱基转换，将C转换成T，C·G碱基对转变为T·A碱基对，另一种是ABE(Adenosine Base Editing),可以实现嘌呤间的碱基转换，将A转换成G，A·T碱基对转变为G·C碱基对。
开发新型碱基编辑技术实现碱基颠换甚至任意碱基变换，在合成生物体系构建、遗传疾病的基因治疗、生物性状修饰等领域具有重要意义。
图3：相关研究成果发表于Nature Biotechnology
中科院天津工业生物所张学礼研究员带领的微生物代谢工程研究团队和毕昌昊研究员带领的合成生物技术研究团队联合攻关，设计构建了胞嘧啶脱氨酶-nCas9-Ung蛋白复合物，创建出新型糖基化酶碱基编辑器(GBE, glycosylase base editors)，开发了可实现嘧啶和嘌呤间颠换的单碱基基因编辑系统，研究成果发表于Nature Biotechnology（图3）。基于该系统，国际上首次在微生物中实现任意碱基编辑、在哺乳动物细胞中实现C-G碱基特异性颠换。
新型GBE碱基编辑器独辟蹊径，利用细胞自身DNA修复系统直接修复该“非常规碱基”，生成特定碱基，实现碱基编辑：将尿嘧啶糖基转移酶(Ung)带到由胞嘧啶脱氨酶形成的尿嘧啶碱基位点，在该位点脱去尿嘧啶，建立无嘌呤/无嘧啶(AP)位点（图4），DNA损伤位点诱导启动DNA修复，从而实现碱基的转变。
图5 A: NBE的目标是作用于初始编辑（红色所示）。当需要编辑互补的G或T时，C或A会转换充当初始目标。
B: DNA的序列会按照NBE的步骤按顺序获得；水平柱状图表示测序分析后每个步骤观察到的平均编辑效率。点代表单个生物学重复，误差棒代表三个独立生物学复制品的标准差。
GBE作为新一代碱基编辑技术，摆脱传统碱基编辑依赖多次DNA复制的缺点，直接将目标碱基特异性修改成目的碱基，该技术进一步完善碱基编辑系统，填补了现有碱基编辑技术的空缺，在国际上首次实现微生物基因碱基的任意编辑改造，极大提升了基因编辑和合成生物构建能力。
GBE也是第一个可在哺乳动物细胞进行C-G特异性颠换的碱基编辑器，具有较高的特异性和较窄的编辑窗口。
在张学礼和毕昌昊团队本次研究中的变体编码序列由金斯瑞提供，不仅如此，用来生产pAPOBEC-nCas9-Ung和pUng-nCas9-AID的E.coli载体及human 载体均由金斯瑞合成组装。我们旨在让研发更容易,携手全球科学家一起攻克难题。
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