新突破！科学技术首次用酶法精准检测DNA中dU

1月17日，我国学者在国际权威刊物《美国化学会志》上发表了题为“基于UdgX的在单碱基分辨率水平上的DNA脱氧尿嘧啶的检测技术”的研究论文。借助被称之为UdgX的特殊的酶分子，该研究发明了灵敏性好、特异性强和分辨率高的DNA脱氧尿嘧啶(dU)检测技术，第一次用酶法在单碱基分辨率水平上精准检测DNA中的dU，实现了DNA中dU碱基检测技术的根本性突破。

众所周知，DNA是生物体的遗传密码。通常认为它们包括腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)四个碱基。后来的研究发现，DNA中还存在另外的碱基dU。这些碱基共同组成了DNA的基本元素。但是，迄今为止人类还难以从单个碱基分辨率水平上检测到dU。这构成了DNA序列检测的盲区和瓶颈之一，严重阻碍了对dU的功能的认知和对DNA遗传密码的理解。

从原核生物到真核生物，从单细胞生物到人类，除外A、T、G和C，它们的DNA中还包含着比例不等的dU。在艾滋病毒的DNA中，每二十个碱基就有一个以上的dU;而在疟原虫的DNA中，dU占碱基的比例大约为十万分之一。dU既能通过C碱基脱氨产生，又能“冒充”T碱基掺入到基因组中。由于缺乏敏感又特异的单碱基分辨率的dU测序技术，迄今为止人类并没有像其他碱基(A、T、G和C)那样实现dU在DNA中的精准定位。也就是说，现在的dU检测技术可以证实若干碱基中存在dU碱基，但是并不能确定dU碱基位于什么样的具体的碱基之间。dU碱基的生物学意义是什么?dU碱基在疾病发生发展中的意义又是什么?要回答这些问题，唯有取得单碱基分辨率水平上的dU碱基的检测和定位的突破，这是前提条件。

dU具有双面性，它有时充当人类健康的朋友，有时又可能是人类健康的敌人。许多报道发现，当机体面对不同抗原时，免疫细胞需要dU作为中间体，产生多种多样的抗体，帮助抵御诸如新冠病毒之类的病原体对人类的侵害。而当肿瘤或者心血管疾病患者体内出现dU时，则可能导致患者的基因组的不稳定，加速这些患者病情的发展。显然，精准检测dU在DNA中的分布情况，将有助于评估人类个体的生理学机能和疾病的预后。

然而，寻找DNA中dU的精确位置如同大海捞针，属于科学难题。我国学者经过多年的探索，最终发明了优越的单碱基分辨率的dU测序技术。研究人员用一句话总结了该技术，即依靠UdgX并结合DNA高保真聚合酶的dU测序技术。为了便于该测序技术的传播和普及，他们将该技术命名为Ucaps-seq。从此，一个基于UdgX的在单碱基分辨率水平上的dU检测技术诞生了。基于该技术，今后可以像检测DNA中的A、T、G和C那样精确地检测DNA中的dU。

Ucaps-seq测序技术是国际上第一个酶法检测DNA中的dU碱基的技术，现存的dU测序技术均为化学法。酶法测序技术优于化学法测序技术。酶法测序技术的优点是：灵敏性好、特异性强和分辨率高。其他优点包括：效率高成本低，很少发生假阳性，也很少受到干扰因素的影响。

研究人员利用该技术还做了进一步的验证和探索工作。他们首先在合成的DNA探针模型上验证了Ucaps-seq测序技术的原理，然后在诱变后的癌症细胞和B细胞中验证了Ucaps-seq测序技术的单碱基分辨率效能，最后还应用该技术对基因编辑脱靶进行了评估，发现Ucaps-seq测序技术对基因编辑脱靶具有强大的识别能力。

论文的通讯作者为中国科学院院士陈义汉教授、同济大学附属东方医院和同济大学心律失常教育部重点实验室马红辉研究员、复旦大学生物医学研究院和上海市第五人民医院胡晋川研究员。论文的第一作者为江柳丹、尹家勇和钱茂祥研究员。(黄艾娇 科技日报记者  王春)

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关键词： DNA dU碱基检测技术 酶分子 单碱基分辨率