想让痞子远离基因库派对?在他们到达之前潜入并关上门。这是莱斯大学科学家的一项新策略的中心思想，他们试图通过提前微调特定的 CRISPR 碱基编辑策略来避免基因编辑错误。

水稻化学和生物分子工程师 Xue Sherry Gao 和化学家 Anatoly Kolomeisky 及其实验室将理论和实验相结合，以综合方法构建更好的碱基编辑器，即以单碱基分辨率靶向和修复有缺陷的 DNA 的分子机器。

他们的工作出现在Nature Communications 上。

该论文描述了碱基编辑器用来操纵 DNA 链、在必要时切割它们并为替换代码让路的分子过程。当它起作用时，随着它越来越多地用于治疗镰状细胞性贫血和某些癌症等遗传疾病，编辑器只编辑预期的核苷酸。

如果没有，那是因为旁观者的编辑会导致不良影响。

Rice 策略主要旨在消除对旁观者、与碱基编辑器目标相邻的核苷酸的任性编辑。Gao 的实验室此前引入了工具，可将基于 CRISPR 的胞嘧啶突变编辑的准确性提高 6,000 倍。

对于新项目，她聘请了 Kolomeisky 实验室帮助创建一个理论框架，以消除编辑库设计中的反复试验。这些将更好地针对导致疾病的突变，同时避免旁观者。在此过程中，该框架可以帮助科学家更好地了解碱基编辑期间发生的化学和物理过程。

“Sherry 和其他实验科学家已经有了有效的结果，”Kolomeisky 说，指的是早期的论文，其中实验室使用其编辑器将胞嘧啶转化为胸腺嘧啶，纠正 DNA 突变，同时避免上游易受攻击的胞嘧啶。“但尽管有这些惊人的发展，但对于我们如何利用这些蛋白质系统来改善编辑，还没有微观理解。”

他说，曾任科洛梅斯基实验室博士后研究员、现为合肥中国科学技术大学(USTC)助理教授的王倩以高的胞嘧啶实验为基准接受了挑战。

“我们将模型应用于该结果，并获得了一些重要参数，然后我们用它来设计哪些突变以及需要在哪里进行精确编辑，”Kolomeisky 说。“最终，这种理论和实验的共生使我们能够以一种聪明的方式工作。”

他们的策略结合了分子动力学模拟和随机(又名随机)模型，可精确定位实现最大编辑选择性所需的分子之间的结合能。Gao 实验室的实验验证了结果。

至关重要的是，该框架包括一种表征脱氨酶(催化从分子中去除氨基的酶)和单链 DNA (ssDNA) 之间结合亲和力的方法。

他们说，理想情况下，脱氨酶在 ssDNA 上停留的时间刚好足以完成初步编辑，并在无意中编辑旁观者站点之前释放。

“这里重要的是，一种突变不适用于不同的系统，”科洛梅斯基说。“所以，对于每一个系统，你都必须再次执行这个程序，但至少很清楚应该做什么。”

“该模型非常成功地反映了已经通过实验完成的工作，”高说。“但从那以后，我们已经能够在其他基础编辑系统中拒绝旁观者效应。

“因为突变体的数量可能达到数千个，单靠实验人员来验证单个碱基编辑器是不现实的，”她说。“只有这种多学科方法才能让我们通过计算建立一个庞大的编辑库，然后将数量缩小到最有希望的候选者，以进行进一步的实验验证。这就是我们正在努力的方向。”