线粒体DNA编辑取得突破：左二伟团队应用创新DdCBE技术有效减少脱靶效应

线粒体DNA突变引发的疾病一直是医学界的难题。由于传统药物疗效有限，科研人员正在积极探索更为精准和高效的治疗方法。基因编辑技术因其能够直接修复线粒体DNA突变的独特优势，逐渐成为解决这一难题的有力工具之一。2020年，David R. Liu团队结合DddAtoxin与TALE技术，成功研发了一种名为DdCBE的新型双链DNA单碱基编辑工具。这一工具能够高效地编辑线粒体DNA，被视为基因编辑技术在治疗线粒体疾病方面的重要进展。然而，随着研究的深入，科学家们发现野生型DdCBE存在严重的脱靶效应。这一现象对其临床应用的安全性提出了严峻挑战，因此引起了学术界和工业界的广泛关注和讨论。

基因编辑技术在医学和农业育种领域展现出巨大的应用前景，但其伴随的脱靶效应问题仍然是一个重要挑战。在医学界，多个监管机构明确要求基因编辑技术在应用于临床前，必须进行严格的安全性评估，特别是对脱靶效应的全面考量。在农业育种领域，脱靶效应也是培育新物种时需要重点考虑的问题。因此，如何有效降低DdCBE的脱靶效应，成为其能否进一步应用的关键。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所的左二伟研究团队近期在Cell Research期刊上发表了一篇研究文章，题为“Reducing off-target effects of DdCBEs by reversing amino acid charge near DNA interaction sites”。该研究依托于DddAtoxin晶体结构数据及Alphafold2蛋白质三维结构预测技术，预测了与脱靶效应相关的重要氨基酸位点。通过蛋白工程策略，团队突变了相应的氨基酸，并通过活性测试和GOTI评估方法，对脱靶效应进行了评价。结果表明，DdCBEK1402D/E突变体的脱靶效应相比于野生型DdCBE降低了400至1000倍，几乎达到了背景噪声水平。这一成果在提高线粒体碱基编辑器安全性方面取得了重要突破，展示了其在临床应用中的巨大潜力。

值得一提的是，该研究使用的GOTI基因编辑脱靶效应评价方案，是目前评估DdCBE基因组脱靶效应的重要方法之一。基因组的杂合性是脱靶效应评价的瓶颈，即细胞在有丝分裂过程中基因组复制的微小错误会累积，导致不同细胞间存在显著差异，形成大量背景信号，掩盖了基因编辑带来的脱靶效应，增加了检测难度。小鼠胚胎从1细胞阶段发育到2细胞阶段仅发生一次有丝分裂，因此细胞间基因组差异极小。通过基因编辑一个细胞，另一个细胞作为对照，可以创新性地构建GOTI脱靶效应评价技术。该技术已成功应用于多种基因编辑工具的脱靶效应评价。

总的来说，DdCBEK1402D/E的研发显著降低了线粒体及细胞核基因组的脱靶效应，标志着基因编辑技术在治疗线粒体DNA突变相关疾病方面取得了重要进展。这一技术的应用前景令人期待，有望为相关疾病的治疗带来新的希望。