双链核酸的特异性识别是生命科学领域的核心技术，然而该方法的序列局限性以及脱靶效应长期困扰分子诊断、病理成像等关键生物医学技术。尽管美国科学家发现的CRISPR及其核酸系统目前被广泛使用，但其对特定基序的依赖性以及脱靶效应不仅限制了其应用范围，且影响了其生物安全性。目前，各国学者在改进CRISPR及其核酸酶方面展开激烈竞赛，但尚未有新技术能完全解决这一问题。
北京时间2024年9月18日17时，北京化工大学苏昕教授和刘惠玉教授团队在Nature Biotechnology发表了题为“Bacteriophage λ exonuclease and a 5′-phosphorylated DNA guide allow PAM-independent targeting of double-stranded nucleic acids”的研究论文以及“Targeting double-stranded nucleic acids using the λ Exo-pDNA system”的研究简报，报道了一种来自噬菌体λ外切酶（λ Exo）的新特性，它可以在引导DNA的帮助下特异性靶向双链核酸序列，解决了现有技术的序列限制性与脱靶效应。
图：λ Exo靶向双链核酸并切割pDNA的原理图；λ Exo的新特性应用于分子诊断、DNA电路和原位基因成像。
本文通过单分子FRET (smFRET)技术证明了λ Exo在5'-磷酸化单链DNA（pDNA）的引导下能结合到含有pDNA互补区域的双链DNA（dsDNA）或DNA-RNA duplex的机制。这种结合作用可在室温或体温环境下实现，且不需要任何如PAM样的特定基序。在结合后，λ Exo在Mg2+的存在下将pDNA消化成核苷酸。
利用这一特性，λ Exo-pDNA系统能够在室温和体温环境中探测双链基因及单核苷酸突变，还可以进行逻辑运算与信号放大。λ Exo- pDNA还可以用于基因组位点的原位荧光成像。λ Exo-pDNA系统在靶标范围、常温操作和序列特异性等方面，相较于现有的工具如TALEN、PfAgo 和 CRISPR-Cas有了显著提升。λ Exo-pDNA系统或将成为分子诊断、DNA计算和原位成像等领域的下一代工具。
论文的第一作者为北京化工大学生命科学与技术学院博士生付胜男，通讯作者为生命科学与技术学院苏昕教授。北京化工大学为论文唯一单位。
相关论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41587-024-02388-9
参考文献
1.Wright, D.A., Li, T., Yang, B. & Spalding, M.H. TALEN-mediated genome editing: prospects and perspectives. Biochem. J. 462, 15-24 (2014).
2.Swarts, D.C. et al. Argonaute of the archaeon Pyrococcus furiosus is a DNA-guided nuclease that targets cognate DNA. Nucleic. Acids. Res. 43, 5120-5129 (2015).
3.Sander, J.D. & Joung, J.K. CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nat. Biotechnol. 32, 347-355 (2014).
4.Mitsis, P.G. & Kwagh, J.G. Characterization of the interaction of lambda exonuclease with the ends of DNA. Nucleic. Acids. Res. 27, 3057-3063 (1999).
编辑 |余 荷
欲知更多内容，敬请围观小柯机器人频道：
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自小柯生命科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3423233-1451669.html?mobile=1
收藏
