Nat Biotechnol | 苏昕/刘惠玉发现基因靶向识别新工具

双链核酸的特异性识别是生命科学领域的核心技术。目前双链核酸识别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。目前主要依赖于美国科学家发现的CRISPR及其核酸酶系统。CRISPR系统已经改变了基因组编辑、表达干扰和分子诊断【1】。CRISPR相关蛋白（Cas）在crRNA的引导下，通过识别原间隔区相邻基序（PAM）来切割靶标核酸【2】。然而，CRISPR-Cas系统的PAM依赖性和脱靶效应限制了其靶标范围且影响了其生物安全性。虽然各国学者在不断改进CRISPR及其核酸酶，但尚未有新技术完全解决这一问题。

2024年9月18日，北京化工大学苏昕教授和刘惠玉教授课题组在Nature Biotechnology发表了题为Bacteriophage λ exonuclease and a 5′-phosphorylated DNA guide allow PAM-independent targeting of double-stranded nucleic acids的研究论文以及Targeting double-stranded nucleic acids using the λ Exo-pDNA system的研究简报，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。

研究团队通过单分子FRET (smFRET)分析证明了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。

总之，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。

论文的第一作者是生命科学与技术学院博士生付胜男，通讯作者为生命科学与技术学院苏昕教授。

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

参考文献

1.Swarts, D.C. et al. Argonaute of the archaeon Pyrococcus furiosus is a DNA-guided nuclease that targets cognate DNA. Nucleic. Acids. Res. 43, 5120-5129 (2015).

2.Sander, J.D. & Joung, J.K. CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nat. Biotechnol. 32, 347-355 (2014).

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