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2022年1月17日，我國學(xué)者在國際權威刊物《美國化學(xué)會(huì )志》（Journal of the American Chemical Society）上發(fā)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(shù)”的研究論文。借助被稱(chēng)之為UdgX的特殊的酶分子，該研究發(fā)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(shù)，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(shí)現了DNA中dU堿基檢測技術(shù)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(niǎo)嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四個(gè)堿基。后來(lái)的研究發(fā)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(lèi)還難以從單個(gè)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(lèi)，除外A、T、G和C，它們的DNA中還包含著(zhù)比例不等的dU。在艾滋病毒的DNA中，每二十個(gè)堿基就有一個(gè)以上的dU；而在瘧原蟲(chóng)的DNA中，dU占堿基的比例大約為十萬(wàn)分之一。dU既能通過(guò)C堿基脫氨產(chǎn)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(shù)，迄今為止人類(lèi)并沒(méi)有像其它堿基（A、T、G和C）那樣實(shí)現dU在DNA中的精準定位。也就是說(shuō)，現在的dU檢測技術(shù)可以證實(shí)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(xué)意義是什么？dU堿基在疾病發(fā)生發(fā)展中的意義又是什么？要回答這些問(wèn)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(shí)充當人類(lèi)健康的朋友，有時(shí)又可能是人類(lèi)健康的敵人。許多報道發(fā)現，當機體面對不同抗原時(shí)，免疫細胞需要dU作為中間體，產(chǎn)生多種多樣的抗體，幫助抵御諸如新冠病毒之類(lèi)的病原體對人類(lèi)的侵害。而當腫瘤或者心血管疾病患者體內出現dU時(shí)，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(fā)展。顯然，精準檢測dU在DNA中的分布情況，將有助于評估人類(lèi)個(gè)體的生理學(xué)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(xué)難題。我國學(xué)者經(jīng)過(guò)多年的探索，最終發(fā)明了優(yōu)越的單堿基分辨率的dU測序技術(shù)。該測序技術(shù)可以簡(jiǎn)要地敘述如下：首先研究人員找到一個(gè)合適“鉤子”——一類(lèi)恥垢分枝桿菌來(lái)源的名為UdgX的新型糖苷酶。UdgX能夠將DNA的dU切除，形成一個(gè)缺口，并同時(shí)與對應的核糖形成共價(jià)鍵，最終將其捕獲。作為“鉤子”的UdgX “釣”到含dU的DNA片段后，還需要進(jìn)一步確定dU位置。接下去，研究人員發(fā)揮DNA高保真聚合酶特性。這個(gè)酶就如同行駛在DNA軌道上的列車(chē)，當碰到被UdgX標記的dU的缺口時(shí)，會(huì )被動(dòng)地原地“停車(chē)”。然后，研究人員結合高通量測序技術(shù)，將“停車(chē)”信號放大，最終在單個(gè)堿基的水平上精確地定位dU在DNA乃至基因組上的位置。以上介紹了單堿基分辨率的dU測序技術(shù)。研究人員進(jìn)一步地概括了該技術(shù)，他們用一句話(huà)總結了該技術(shù)，這句話(huà)為：依靠UdgX并結合DNA高保真聚合酶的dU測序技術(shù)。為了便于該測序技術(shù)的傳播和普及，他們將該技術(shù)命名為Ucaps-seq。從此，一個(gè)基于UdgX的在單堿基分辨率水平上的dU檢測技術(shù)誕生了?；谠摷夹g(shù)，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(shù)是國際上第一個(gè)酶法檢測DNA中的dU堿基的技術(shù)，現存的dU測序技術(shù)均為化學(xué)法。酶法測序技術(shù)優(yōu)于化學(xué)法測序技術(shù)。酶法測序技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：靈敏性好、特異性強和分辨率高。其他優(yōu)點(diǎn)包括：效率高成本低，很少發(fā)生假陽(yáng)性，也很少受到干擾因素的影響。例如，既有的DNA的dU化學(xué)測序技術(shù)需要先利用UNG酶切除dU成為無(wú)嘧啶的位點(diǎn)，而這樣的處理較難與DNA自身存在的無(wú)嘧啶位點(diǎn)區分，不可避免地導致假陽(yáng)性的發(fā)生，而Ucaps-seq測序技術(shù)則很少出現假陽(yáng)性。再例如，Ucaps-seq測序技術(shù)可以排除其它堿基衍生物如5-羥甲基尿嘧啶的干擾。
研究人員利用該技術(shù)還做了進(jìn)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(shù)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(shù)的單堿基分辨率效能，最后還應用該技術(shù)對基因編輯脫靶進(jìn)行了評估，發(fā)現Ucaps-seq測序技術(shù)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(xué)院院士陳義漢教授（同濟大學(xué)附屬東方醫院、同濟大學(xué)醫學(xué)院和同濟大學(xué)心律失常教育部重點(diǎn)實(shí)驗室）、馬紅輝研究員（同濟大學(xué)附屬東方醫院和同濟大學(xué)心律失常教育部重點(diǎn)實(shí)驗室）和胡晉川研究員（復旦大學(xué)生物醫學(xué)研究院和上海市第五人民醫院）。論文的第一作者為江柳丹（同濟大學(xué)博士研究生，導師為陳義漢院士和馬紅輝研究員）、尹家勇（復旦大學(xué)碩士研究生）和錢(qián)茂祥研究員（復旦大學(xué)生物醫學(xué)研究院和復旦大學(xué)附屬兒科醫院）。
