同济大学等学者取得DNA测序技术的重要突破
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【同济大学等学者取得DNA测序技术的重要突破】TONGJI
2022年1月17日 ， 我国学者在国际权威刊物《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）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 。
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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它碱基（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 。该测序技术可以简要地叙述如下：首先研究人员找到一个合适“钩子”——一类耻垢分枝杆菌来源的名为UdgX的新型糖苷酶 。UdgX能够将DNA的dU切除 ， 形成一个缺口 ， 并同时与对应的核糖形成共价键 ， 最终将其捕获 。作为“钩子”的UdgX “钓”到含dU的DNA片段后 ， 还需要进一步确定dU位置 。接下去 ， 研究人员发挥DNA高保真聚合酶特性 。这个酶就如同行驶在DNA轨道上的列车 ， 当碰到被UdgX标记的dU的缺口时 ， 会被动地原地“停车” 。然后 ， 研究人员结合高通量测序技术 ， 将“停车”信号放大 ， 最终在单个碱基的水平上精确地定位dU在DNA乃至基因组上的位置 。以上介绍了单碱基分辨率的dU测序技术 。研究人员进一步地概括了该技术 ， 他们用一句话总结了该技术 ， 这句话为：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 。
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