研究人员主要使用转录激活因子样效应子（transcription activator-like-effector，TALE）衍生的碱基编辑器来催化mtDNA的编辑。2018年，Mougous实验室在伯克霍尔德菌（Burkholderia cenocepacia）中发现了一种脱氨酶，由于能够在双链DNA上工作，因此命名为双链DNA脱氨酶（Double strand DNA deaminase，DddA）。之后，Mougous实验室与刘如谦实验室合作，将DddA与蛋白TALE结合，实现mtDNA的碱基从C到T的编辑。然而，这类碱基编辑器对序列的上下文有一定的要求，比如***初的碱基编辑器DdCBE只对跟在T之后的C有较高的编辑效率。

北京大学未来技术学院汪阳明实验室对多个来源于微生物的与DddA同源的双链脱氨酶进行了鉴定，并将其中一种成功改造成为线粒体碱基编辑器。2月16日，相关研究成果以“DddA homolog search and engineering expand sequence compatibility of mitochondrial base editing”为题发表于Nature Communications。

图1 研究成果

研究的***作者、汪阳明实验室的博士生米黎在研究伯克霍尔德菌DddA的序列和结构时发现，在其羧基端（C端）包含两个SPKK相关肽基序，其中S代表丝氨酸（Serine）、P代表脯氨酸（Proline）、K代表赖氨酸（Lysine）。它们更喜欢在双链DNA的小沟中结合富含A/T的DNA序列。删除这两个基序将消除DddA的脱氨酶活性，添加与SPKK相关基序相似的基序，使之具有类似的DNA结合特性（即偏好A/T），则能够恢复DddA的脱氨酶活性。

图2 SPKK相关肽基序对DddA的脱氨活性十分重要

利用这一结果，研究人员对DddA的候选同源物进行了鉴定和筛选。研究人员注意到，一种来自于Simiaoa sunii的双链DNA脱氨酶（Ddd_Ss）在非TC序列上下文的情境下，具有广泛的脱氨活性。Simiaoa sunii是一种新近在中国温泉中被发现的细菌，属于芽孢杆菌科（Bacillaceae）的一个未知属，其命名源自于唐代医学家孙思邈。

使用不同DNA底物进行脱氨测定的结果证实，Ddd_Ss在面对紧跟着A、G、C或T之后的胞嘧啶残基都可以有效脱氨。这代表利用Ddd_Ss开发mtDNA 碱基编辑器将有望补上先前无法对紧跟G后的C进行编辑的缺口。

图3 Ddd_Ss对A、G、C或T之后的胞嘧啶残基都可以有效脱氨

基于此，研究人员开发了开发了源自Ddd_Ss的DdCBE，并实现了对来自 10 个线粒体基因的14 个mtDNA位点的***编辑。另外值得注意的是，通过从Ddd_Ss引入单个氨基酸到伯克霍尔德菌的DddA，研究人员成功提高了基于后者的碱基编辑器的活性和序列相容性，这为之后开发新的线粒体碱基编辑器提供了指导意义。

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