新突破！科學技術首次用酶法精準檢測DNA中dU

1月17日，我國學者在國際權威刊物《美國化學會志》上發表了題為“基于UdgX的在單堿基分辨率水平上的DNA脫氧尿嘧啶的檢測技術”的研究論文。借助被稱之為UdgX的特殊的酶分子，該研究發明了靈敏性好、特異性強和分辨率高的DNA脫氧尿嘧啶(dU)檢測技術，第一次用酶法在單堿基分辨率水平上精準檢測DNA中的dU，實現了DNA中dU堿基檢測技術的根本性突破。

眾所周知，DNA是生物體的遺傳密碼。通常認為它們包括腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)四個堿基。后來的研究發現，DNA中還存在另外的堿基dU。這些堿基共同組成了DNA的基本元素。但是，迄今為止人類還難以從單個堿基分辨率水平上檢測到dU。這構成了DNA序列檢測的盲區和瓶頸之一，嚴重阻礙了對dU的功能的認知和對DNA遺傳密碼的理解。

從原核生物到真核生物，從單細胞生物到人類，除外A、T、G和C，它們的DNA中還包含著比例不等的dU。在艾滋病毒的DNA中，每二十個堿基就有一個以上的dU;而在瘧原蟲的DNA中，dU占堿基的比例大約為十萬分之一。dU既能通過C堿基脫氨產生，又能“冒充”T堿基摻入到基因組中。由于缺乏敏感又特異的單堿基分辨率的dU測序技術，迄今為止人類并沒有像其他堿基(A、T、G和C)那樣實現dU在DNA中的精準定位。也就是說，現在的dU檢測技術可以證實若干堿基中存在dU堿基，但是并不能確定dU堿基位于什么樣的具體的堿基之間。dU堿基的生物學意義是什么?dU堿基在疾病發生發展中的意義又是什么?要回答這些問題，唯有取得單堿基分辨率水平上的dU堿基的檢測和定位的突破，這是前提條件。

dU具有雙面性，它有時充當人類健康的朋友，有時又可能是人類健康的敵人。許多報道發現，當機體面對不同抗原時，免疫細胞需要dU作為中間體，產生多種多樣的抗體，幫助抵御諸如新冠病毒之類的病原體對人類的侵害。而當腫瘤或者心血管疾病患者體內出現dU時，則可能導致患者的基因組的不穩定，加速這些患者病情的發展。顯然，精準檢測dU在DNA中的分布情況，將有助于評估人類個體的生理學機能和疾病的預后。

然而，尋找DNA中dU的精確位置如同大海撈針，屬于科學難題。我國學者經過多年的探索，最終發明了優越的單堿基分辨率的dU測序技術。研究人員用一句話總結了該技術，即依靠UdgX并結合DNA高保真聚合酶的dU測序技術。為了便于該測序技術的傳播和普及，他們將該技術命名為Ucaps-seq。從此，一個基于UdgX的在單堿基分辨率水平上的dU檢測技術誕生了。基于該技術，今后可以像檢測DNA中的A、T、G和C那樣精確地檢測DNA中的dU。

Ucaps-seq測序技術是國際上第一個酶法檢測DNA中的dU堿基的技術，現存的dU測序技術均為化學法。酶法測序技術優于化學法測序技術。酶法測序技術的優點是：靈敏性好、特異性強和分辨率高。其他優點包括：效率高成本低，很少發生假陽性，也很少受到干擾因素的影響。

研究人員利用該技術還做了進一步的驗證和探索工作。他們首先在合成的DNA探針模型上驗證了Ucaps-seq測序技術的原理，然后在誘變后的癌癥細胞和B細胞中驗證了Ucaps-seq測序技術的單堿基分辨率效能，最后還應用該技術對基因編輯脫靶進行了評估，發現Ucaps-seq測序技術對基因編輯脫靶具有強大的識別能力。

論文的通訊作者為中國科學院院士陳義漢教授、同濟大學附屬東方醫院和同濟大學心律失常教育部重點實驗室馬紅輝研究員、復旦大學生物醫學研究院和上海市第五人民醫院胡晉川研究員。論文的第一作者為江柳丹、尹家勇和錢茂祥研究員。(黃艾嬌 科技日報記者  王春)

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關鍵詞： DNA dU堿基檢測技術 酶分子 單堿基分辨率