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2022年1月17日，我國學者在國際權威刊物《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上發表了題為“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”的研究論文。借助被稱之為UdgX的特殊的酶分子，該研究發明了靈敏性好、特異性強和分辨率高的DNA脫氧尿嘧啶（dU）檢測技術，第一次用酶法在單堿基分辨率水平上精準檢測DNA中的dU，實現了DNA中dU堿基檢測技術的根本性突破。
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）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四個堿基。后來的研究發現，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，迄今為止人類還難以從單個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，除外A、T、G和C，它們的DNA中還包含著比例不等的dU。在艾滋病毒的DNA中，每二十個堿基就有一個以上的dU；而在瘧原蟲的DNA中，dU占堿基的比例大約為十萬分之一。dU既能通過C堿基脫氨產生，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，迄今為止人類并沒有像其它堿基（A、T、G和C）那樣實現dU在DNA中的精準定位。也就是說，現在的dU檢測技術可以證實若干堿基中存在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堿基的生物學意義是什么？dU堿基在疾病發生發展中的意義又是什么？要回答這些問題，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，它有時充當人類健康的朋友，有時又可能是人類健康的敵人。許多報道發現，當機體面對不同抗原時，免疫細胞需要dU作為中間體，產生多種多樣的抗體，幫助抵御諸如新冠病毒之類的病原體對人類的侵害。而當腫瘤或者心血管疾病患者體內出現dU時，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展。顯然，精準檢測dU在DNA中的分布情況，將有助于評估人類個體的生理學機能和疾病的預后。
然而，尋找DNA中dU的精確位置如同大海撈針，屬于科學難題。我國學者經過多年的探索，最終發明了優越的單堿基分辨率的dU測序技術。該測序技術可以簡要地敘述如下：首先研究人員找到一個合適“鉤子”——一類恥垢分枝桿菌來源的名為UdgX的新型糖苷酶。UdgX能夠將DNA的dU切除，形成一個缺口，并同時與對應的核糖形成共價鍵，最終將其捕獲。作為“鉤子”的UdgX “釣”到含dU的DNA片段后，還需要進一步確定dU位置。接下去，研究人員發揮DNA高保真聚合酶特性。這個酶就如同行駛在DNA軌道上的列車，當碰到被UdgX標記的dU的缺口時，會被動地原地“停車”。然后，研究人員結合高通量測序技術，將“停車”信號放大，最終在單個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。研究人員進一步地概括了該技術，他們用一句話總結了該技術，這句話為：依靠UdgX并結合DNA高保真聚合酶的dU測序技術。為了便于該測序技術的傳播和普及，他們將該技術命名為Ucaps-seq。從此，一個基于UdgX的在單堿基分辨率水平上的dU檢測技術誕生了?；谠摷夹g，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測序技術是國際上第一個酶法檢測DNA中的dU堿基的技術，現存的dU測序技術均為化學法。酶法測序技術優于化學法測序技術。酶法測序技術的優點是：靈敏性好、特異性強和分辨率高。其他優點包括：效率高成本低，很少發生假陽性，也很少受到干擾因素的影響。例如，既有的DNA的dU化學測序技術需要先利用UNG酶切除dU成為無嘧啶的位點，而這樣的處理較難與DNA自身存在的無嘧啶位點區分，不可避免地導致假陽性的發生，而Ucaps-seq測序技術則很少出現假陽性。再例如，Ucaps-seq測序技術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還做了進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測序技術的單堿基分辨率效能，最后還應用該技術對基因編輯脫靶進行了評估，發現Ucaps-seq測序技術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院院士陳義漢教授（同濟大學附屬東方醫院、同濟大學醫學院和同濟大學心律失常教育部重點實驗室）、馬紅輝研究員（同濟大學附屬東方醫院和同濟大學心律失常教育部重點實驗室）和胡晉川研究員（復旦大學生物醫學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（復旦大學碩士研究生）和錢茂祥研究員（復旦大學生物醫學研究院和復旦大學附屬兒科醫院）。
