Nature Biotechnology：北京化工大学苏昕/刘惠玉团队开发基因靶向识别新工具

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

双链核酸的特异性识别是生命科学领域的核心技术，然而该方法的序列局限性以及脱靶效应长期困扰分子诊断、病理成像等关键生物医学技术。尽管美国科学家发现的CRISPR及其核酸系统目前被广泛使用，但其对特定基序的依赖性以及脱靶效应不仅限制了其应用范围，且影响了其生物安全性。目前，各国学者在改进CRISPR及其核酸酶方面展开激烈竞赛，但尚未有新技术能完全解决这一问题。

2024年9月18日，北京化工大学苏昕教授和刘惠玉教授团队在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Bacteriophage λ exonuclease and a 5′-phosphorylated DNA guide allow PAM-independent targeting of double-stranded nucleic acids 的研究论文。

该研究报道了一种来自噬菌体λ外切酶（λ Exo）的新特性，它可以在引导DNA的帮助下特异性靶向双链核酸序列，解决了现有技术的序列限制性与脱靶效应。

研究团队还在期刊发表了题为：Targeting double-stranded nucleic acids using the λ Exo-pDNA system 的研究简报，介绍了这项研究成果。

该研究通过单分子FRET（smFRET）技术证明了λ Exo在5'-磷酸化单链DNA（pDNA）的引导下能结合到含有pDNA互补区域的双链DNA（dsDNA）或DNA-RNA duplex的机制。这种结合作用可在室温或体温环境下实现，且不需要任何如PAM样的特定基序。在结合后，λ Exo在镁离子（Mg2+）的存在下将pDNA消化成核苷酸。

利用这一特性，λ Exo-pDNA系统能够在室温和体温环境中探测双链基因及单核苷酸突变，还可以进行逻辑运算与信号放大。λ Exo- pDNA还可以用于基因组位点的原位荧光成像。λ Exo-pDNA系统在靶标范围、常温操作和序列特异性等方面，相较于现有的工具如TALEN、PfAgo和CRISPR-Cas有了显著提升。λ Exo-pDNA系统或将成为分子诊断、DNA计算和原位成像等领域的下一代工具。

图：λ Exo靶向双链核酸并切割pDNA的原理图；λ Exo的新特性应用于分子诊断、DNA电路和原位基因成像

论文的第一作者为北京化工大学生命科学与技术学院博士生付胜男，通讯作者为北京化工大学生命科学与技术学院苏昕教授，北京化工大学为论文唯一单位。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-024-02388-9

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