基因編輯技術(shù)是面向未來的關(guān)鍵技術(shù)之一，能否擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因編輯技術(shù)，是這一領(lǐng)域國際競爭的核心。我國科學(xué)家在這一方向又建新功——中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所高彩霞研究組研發(fā)出一系列新的堿基編輯系統(tǒng)，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)，有望打破堿基編輯底層專利壟斷，將幫助我國在未來的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭中處于有利地位。相關(guān)研究成果27日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者，對蛋白質(zhì)進(jìn)行功能聚類，是理解其參與的生理過程、設(shè)計新型蛋白質(zhì)等的重要手段。高彩霞介紹：“現(xiàn)有的方法主要基于氨基酸一級序列的相似性對蛋白質(zhì)進(jìn)行聚類分析，并以此推斷其功能和演化關(guān)系。然而，蛋白質(zhì)功能由其三維空間結(jié)構(gòu)所決定，開發(fā)基于三維結(jié)構(gòu)的高通量蛋白質(zhì)聚類方法，將為蛋白質(zhì)功能研究提供更直接、可靠的手段，并推動未知蛋白質(zhì)的功能挖掘?！?/p>

“現(xiàn)有的堿基編輯系統(tǒng)在蛋白質(zhì)研究上有很多局限，而且底層專利由國外持有。”高彩霞說，“由于脫氨酶是堿基編輯系統(tǒng)的核心元件，因此，我們將研究聚焦于挖掘自主知識產(chǎn)權(quán)的新型脫氨酶，以開發(fā)適用于不同應(yīng)用場景的新型堿基編輯工具?！?/p>

研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鞍准系男蛄型葱暂^低且功能多樣時，相比于傳統(tǒng)的基于氨基酸一級序列的聚類方法，通過AI輔助的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)聚類能夠得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，該方法能為蛋白質(zhì)功能分析和挖掘提供一個高效、可靠的新策略。

研究人員基于進(jìn)一步蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)聚類的結(jié)果，鑒定到全新的45個單鏈胞嘧啶脫氨酶（Sdd）和13個雙鏈胞嘧啶脫氨酶（Ddd），開發(fā)了一系列新型堿基編輯系統(tǒng)，并在動、植物細(xì)胞中進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，這一新型堿基編輯系統(tǒng)具有更高的編輯活性和編輯效率，突破了現(xiàn)有脫氨酶的應(yīng)用瓶頸，展現(xiàn)出新型堿基編輯系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)方面廣泛的應(yīng)用前景。

有評論認(rèn)為，研究組創(chuàng)新性地運用AI輔助的大規(guī)模蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測，建立起全新的基于三級結(jié)構(gòu)的高通量蛋白聚類方法，實現(xiàn)了脫氨酶功能結(jié)構(gòu)的深入挖掘，鑒定到完全區(qū)別于已知脫氨工具酶的全新底盤元件，并開發(fā)了一系列具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型堿基編輯工具，為蛋白功能分析、新功能元件挖掘提供了全新策略。