基因编辑可对生物遗传物质进行精准修饰，是当前最受瞩目的颠覆性技术，已在生命科学基础研究、动植物遗传改良、微生物改造等领域得到了广泛的应用。2012年，Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier 在 Science 刊文，揭示了 CRISPR-Cas9的作用机制，此后，张锋团队率先利用这一系统在哺乳动物细胞中实现了高效的基因编辑，标志着基因编辑进入了CRISPR时代。2016年，David Liu团队开发了具有里程碑意义的碱基编辑系统（Cytosine base editor, CBE），使基因编辑技术进入2.0时代，开启了对基因组进行精准、定点编辑的新篇章。
碱基编辑系统的核心组分之一是DNA脱氨酶。自该系统在动植物中开发建立以来，已经在人类遗传疾病的治疗及作物遗传育种等领域展现出了巨大的应用前景，成为国内外基因编辑领域的研究热点。然而，碱基编辑系统也存在一些由脱氨酶的特性导致的内在限制，例如脱靶、编辑位点具有序列偏好性等。因此，挖掘具有不同功能特征的新型脱氨酶将进一步扩展精准基因编辑的工具箱。当前，全世界在开发新型基因编辑工具时大多数仍聚焦于CRISPR系统开发，而对于开发自主可控的高效精准碱基编辑系统却鲜有报道。另一方面，作为加速作物遗传改良及开展种子设计与创制的关键变革性技术，基因编辑已成为世界各国争夺下一代核心生物育种技术的制高点，然而目前该系统的底层专利由美国持有，原始基因编辑专利缺位已成为严重制约我国未来种业发展和粮食安全的重要问题。
2023年6月27日，国际著名学术期刊《Cell》在线发表了由齐禾生科与中国科学院遗传与发育生物学研究所合作题为‘Discovery of new deaminase functions by structure-based protein clustering’的最新工具开发论文。该研究报道了一种基于蛋白质三维结构进行功能蛋白挖掘的全新策略，利用这一策略挖掘了大量此前未被正确分类及鉴定的新型脱氨酶，基于新挖掘的脱氨酶开发了一系列具有不同功能特性的碱基编辑系统，在动植物中实现了更高效、更精准、更安全的基因编辑，为植物遗传改良以及遗传疾病的治疗奠定了重要的工具基础。
在本项目中，研究人员首先通过AlphaFold2对具有代表性的潜在脱氨功能序列进行批量三维结构预测，随后创新性地基于蛋白质结构的多重比对，拓展了脱氨酶家族基于结构的系统发育分析，成功将潜在脱氨酶分类为20个不同的结构分支。在SCP1.201分支中，研究人员鉴定到了全新的45个具有活性的单链胞嘧啶脱氨酶（Sdd）和13个双链胞嘧啶脱氨酶（Ddd），并基于它们开发了一系列新型的碱基编辑系统。在新开发的单链碱基编辑系统中，Sdd7和Sdd3分别展现出了非常高的编辑活性和明显的序列偏好性。另外，单链碱基编辑系统中，Sdd6展现出了高特异性，在测试的位点中几乎检测不到脱靶事件。
值得关注的是，研究人员首次成功开发出一个最小CBE碱基编辑器可包裹进单个AAV病毒颗粒并且通过病毒转染小鼠细胞成功获得高达43.1%的编辑效率。此外，鉴于大豆中长期存在碱基编辑效率低下的问题，研究团队通过新开发的Sdd7-CBE系统，在154株大豆阳性苗中获得了34株稳定编辑的植株 (效率高达22.1%)。以上结果突破了现有脱氨酶的应用瓶颈，表明了新型碱基编辑系统未来在医学和农业方面的广泛用途。
齐禾生科CTO及文章共同通讯作者Kevin Zhao博士表示，齐禾生科专注于开发自主可控的新型精准基因编辑技术及创制卓越生物性状，本次开发的全新自主原创碱基编辑工具将打破国外在碱基编辑底层专利上的垄断，提高我国在生物育种领域的核心竞争力。未来，齐禾生科将充分借助AI等全新技术加速自主蛋白工具开发步伐以及新型生物性状的研发。
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