新加坡国立大学（NUS Medicine）杨潞龄医学院的研究人员开发出一种革命性的新方法，用于改进紧凑型基因编辑工具——碱基编辑器。该方法能够实现更小、更精确的DNA修正工具，有望使未来的基因疗法更加安全。
该研究发表于《Advanced Science》，由新加坡国立大学生物化学系、临床与技术创新合成生物学中心（SynCTI）及合成生物学转化研究项目（TRP）的李俊君助理教授（Asst Prof Jungjoon K. Lee）领导。研究团队将人工智能驱动的蛋白质建模与新型细菌进化平台相结合，设计出增强版的紧凑型DNA编辑酶SsdAtox。优化后的变体在多个人类基因靶点上的表现达到或超越了领先的编辑器（如BE4max），同时减少了非目标DNA损伤和细胞毒性。
为什么更小的碱基编辑器很重要？
碱基编辑器是强大的工具，可以修正DNA中的单碱基错误——这类突变是许多遗传性疾病的根源——而无需完全切断DNA。这使得它们比早期的基因编辑技术更安全。然而，许多高性能碱基编辑器体积较大，难以包装进入基因治疗中常用的腺相关病毒（AAV）载体。此外，提高编辑效率也会增加非目标DNA改变的风险。
SsdAtox的大小约为常用碱基编辑器的三分之二，使其在治疗递送方面具有吸引力。但在其自然形式下，它编辑DNA的效率低，且容易引起非目标DNA损伤和毒性。研究团队的目标是提高其性能，同时保持其紧凑性。
李助理教授表示：“在基因编辑中，提高效率往往会增加非目标DNA损伤的风险。通过将AI引导的结构建模与三层筛选系统相结合，我们能够在提高活性的同时减少这些副作用。超越这种特定酶，我们的方法为开发更安全、更精确的基因编辑工具提供了一种通用策略。”
AI设计与Trinity-Screen平台
研究团队采用了两步策略。首先，他们使用AlphaFold3（一种预测蛋白质结构的高级AI系统）识别出酶中控制DNA进入活性位点的关键部分。通过改变酶中一个特定位置（称为K31），他们加宽了这个“入口”，使酶能够更高效地工作。
其次，他们开发了一个名为“Trinity-Screen”的新型筛选平台。该系统在细菌细胞内同时测试三项指标：酶是否高效编辑DNA；是否避免造成有害的DNA断裂；以及是否对细胞无毒性。只有符合所有三项标准的酶变体才能通过多轮筛选。最有希望的突变随后被组合，并在24个人工DNA靶点和10个天然人类基因位点上进行测试。性能最佳的工程化变体表现出：
- 相比于原始SsdAtox，编辑效率最高提升11.8倍
- 相比于早期高活性突变体，非目标DNA断裂率降低约一半
- 细菌细胞毒性降低10倍
- 整体性能提升高达31倍（根据新开发的评分系统测量）
性能提升与新评分指数
在顶级变体中，其中一个在多个基因靶点上的非目标DNA断裂比BE4max减少了37%。重要的是，改良后的酶还在更窄、更一致的“编辑窗口”内进行DNA编辑，这意味着它们在不同基因中的活性可能更可预测。
为了公平比较不同的基因编辑工具，研究团队开发了一个新的评分系统——“碱基编辑器性能指数”（BEPI）。BEPI不仅关注编辑效率，还平衡了酶编辑DNA的效果与所造成的非目标损伤，从而更清晰地呈现整体性能。
由于优化的SsdAtox变体比许多现有编辑器更小，因此它们可能更容易被包装进基因治疗中使用的病毒递送系统。这有望扩大目前难以靶向的遗传疾病的治疗可能性。
该研究还首次展示了使用AlphaFold3引导的蛋白质建模直接改进基因组编辑酶性能的确认实例之一。
李助理教授补充道：“通过将AI驱动的设计与强大的筛选系统相结合，我们希望这一框架能够更广泛地加速开发更安全的基因编辑工具。”
发表详情：
Ryeo Gang Son 等，通过AlphaFold引导的突变扫描和大肠杆菌三重选择工程化紧凑型碱基编辑器，《Advanced Science》（2026）。DOI: 10.1002/advs.202516213
期刊信息：《Advanced Science》
关键概念：基因组、生物信息学
提供方：新加坡国立大学
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