近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）左二伟团队在《细胞研究（Cell Research）》期刊上在线发表题为“Reducing off-target effects of DdCBEs by reversing amino acid charge near DNA interaction sites”的研究文章。该研究研发出超低脱靶效应的线粒体单碱基编辑工具，将DdCBE工具的基因组脱靶效应降低了400-1000倍，显著提高了线粒体基因编辑工具的安全性。该研究对推动线粒体编辑工具的应用具有重要价值，也为改善基因编辑工具安全性提供了参考。

线粒体DNA突变相关疾病的治疗是亟待突破的难题。鉴于传统药物治疗手段在疗效上的局限性，科研人员正积极探索更高效、精准的治疗策略。基因编辑技术凭借其能够直接修正线粒体DNA突变的独特优势，正逐步成为治疗线粒体疾病领域最具前景的方法之一。2020年，David R. Liu团队将DddAtoxin与TALE技术融合，研发出一种新型的双链DNA单碱基编辑工具——DdCBE，能够有效编辑线粒体DNA，标志着基因编辑技术在治疗线粒体疾病的征途上迈出了重要一步。然而，随着研究的深入，科研人员发现野生型DdCBE会引发严重的线粒体及细胞核基因组脱靶效应。这一发现对其在临床实践中的安全性构成了严峻考验，并立即引起学术界与工业界的广泛关注与深入讨论。

该研究利用DddAtoxin晶体结构数据以及Alphafold2蛋白质三维结构预测技术，预测了脱靶效应产生相关的重要氨基酸位点，利用蛋白工程策略，突变相应氨基酸，并通过活性测试和GOTI (Genome-wide Off-target analysis by Two-cell embryo Injection) 脱靶效应评估，研究发现，DdCBEK1402D/E突变体脱靶效应相较于野生型DdCBE降低了惊人的400至1000倍，几乎达到了对照组的本底噪声水平。这一研究成果为线粒体胞嘧啶碱基编辑器的安全性改善作出了重要贡献，在线粒体水平、基因组水平显示极低脱靶效应的DdCBEK1402D/E编辑器也展现了巨大的临床应用潜力。

基因组所左二伟研究员为论文的通讯作者，博士后谢龙、硕士生曹雅棋、博士生李迪、硕士生马梦雪和焦丹荣为论文的共同第一作者。本研究得到了科技创新2030—重大项目、国家自然科学基金、博士后科学基金和中国农业科学院科技创新工程等资助。

图1高精度线粒体单碱基编辑工具的研发