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【科研深度剖析】UDG酶：基因编辑与PCR防污染的应用前景

舒桐科技

2024-08-21

导读：舒桐科技纯化的高活性UDG核酸酶已正式开放试用申请，如有需求，欢迎咨询！

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在生物技术日新月异的今天，UDG酶（Uracil-DNA Glycosylase）作为一种关键的酶类，正逐步展现其在生命科学领域的广泛应用。UDG酶主要催化含有尿嘧啶（dU）的DNA链中的尿嘧啶碱基与脱氧核糖之间的N-糖苷键发生水解，从而释放游离的尿嘧啶。这一功能在DNA修复过程中尤为重要，因为尿嘧啶在DNA中的错误掺入可能导致基因编码异常，进而引发癌症等疾病。UDG酶通过识别和移除这些错误的尿嘧啶，帮助维持DNA的稳定性和准确性。

UDG酶在基因编辑中的潜力应用

UDG酶在基因编辑中的具体应用主要体现在提高基因编辑的精确性和效率方面。虽然UDG酶本身不直接参与基因编辑的切割或修复过程，但它通过其独特的碱基识别和去除功能，为基因编辑过程提供了重要的辅助和支持。

（1）提高基因编辑的精确性

在基因编辑过程中，尤其是使用CRISPR-Cas9等系统时，可能会出现非特异性的切割或错误的碱基掺入，导致不必要的突变或脱靶效应。UDG酶能够识别并去除DNA中的错误尿嘧啶（dU）碱基，这些错误碱基可能是由于dCTP脱氨基作用或其他原因在DNA复制或修复过程中产生的。通过去除这些错误碱基，UDG酶可以降低基因编辑过程中的背景突变率，提高编辑的精确性。

（2）优化基因编辑产物

在基因编辑实验中，研究者常常需要对编辑后的产物进行纯化和分析。如果产物中含有未被去除的错误碱基或残留的PCR扩增产物，将会影响后续实验的准确性和可靠性。UDG酶可以在PCR扩增过程中通过dUTP替代dTTP的方式，在扩增产物中引入dU碱基。随后，在PCR反应前加入UDG酶进行孵育处理，UDG酶将选择性地切割含有dU碱基的DNA链段，从而去除这些污染产物。这种方法不仅简化了产物纯化的步骤，还提高了产物的纯度和质量。

（3）与其他基因编辑工具协同作用

UDG酶可以与其他基因编辑工具（如CRISPR-Cas9、TALEN等）协同作用，共同提高基因编辑的效率和精确性。例如，在CRISPR-Cas9系统中，可以通过设计特定的sgRNA来引导Cas9蛋白对目标DNA序列进行切割。然而，由于sgRNA的特异性和效率可能受到多种因素的影响（如RNA稳定性、结合亲和力等），因此在实际应用中可能会出现脱靶效应或编辑效率不高的问题。此时，可以在CRISPR-Cas9系统的基础上引入UDG酶处理步骤，通过去除潜在的错误碱基和污染产物来提高编辑的精确性和效率。

PCR防污染：UDG酶的实战应用

PCR（聚合酶链式反应）作为分子生物学中的一项核心技术，广泛应用于基因扩增、疾病诊断、基因表达分析等多个领域。然而，PCR扩增过程中的污染问题一直是科研工作者们面临的难题之一。污染主要来源于上一轮扩增的残留产物，这些产物如果未能被彻底清除，将会混入下一轮PCR反应中，导致假阳性结果的出现，严重影响实验的准确性和可靠性。UDG酶是一种能够识别并移除DNA中尿嘧啶（dU）碱基的酶类。在PCR反应中，通过将dTTP（脱氧胸苷三磷酸）部分或全部替换为dUTP（脱氧尿苷三磷酸），使得扩增产物中含有dU碱基。UDG酶则能够特异性地识别这些含dU的DNA链段，并通过催化尿嘧啶碱基与脱氧核糖之间的N-糖苷键水解，将尿嘧啶从DNA链中释放出来。这一过程不仅去除了污染产物中的错误碱基，还为后续的修复酶提供了修复靶点，从而确保了PCR扩增的纯净性和准确性。

UDG酶防污染原理示意图

UDG酶在PCR防污染中的实际应用步骤

1. PCR反应体系配制：在配制PCR反应液时，将dTTP部分或全部替换为dUTP。这样，在PCR扩增过程中，新合成的DNA链段中将含有dU碱基。

2. UDG酶加入与孵育：在PCR反应前，向反应体系中加入适量的UDG酶，并进行一定时间的孵育处理。UDG酶将在这段时间内识别并切割含dU的DNA链段，从而去除污染产物。

3. UDG酶失活（可选）：在某些情况下，为了避免UDG酶对后续PCR扩增的影响，可以通过高温处理等方法使UDG酶失活。然而，这一步骤并非总是必要的，因为后续的PCR扩增程序中的高温步骤（如预变性）通常也足以使UDG酶失活。

4. PCR扩增：在完成UDG酶的孵育和（可选的）失活步骤后，即可进行正常的PCR扩增程序。此时，由于污染产物已被UDG酶有效去除，因此可以确保PCR扩增结果的准确性和可靠性。

UDG酶在PCR防污染中的优势

1. 高效性：UDG酶能够迅速识别并切割含dU的DNA链段，从而有效去除污染产物。

2. 特异性：UDG酶对尿嘧啶碱基具有高度的特异性识别能力，能够确保在去除污染产物的同时不损伤正常的DNA链段。

3. 简便性：UDG酶的使用方法简便易行，只需在PCR反应前加入并孵育即可实现防污染效果。

4. 广泛适用性：UDG酶适用于多种PCR扩增体系和反应条件，具有广泛的适用性。

UDG酶在PCR防污染中展现出了其独特的优势和价值。通过其高效、特异、简便和广泛适用的特点，UDG酶为科研工作者们提供了一种有效的PCR防污染解决方案，确保了PCR扩增结果的准确性和可靠性。

舒桐科技通过高效的纯化方法，在融合了MBP标签后获得了具有高活性的UDG酶，EMSA电泳迁移显示，UDG酶能高效的结合dU DNA。

珠海舒桐医疗科技有限公司是一家以基因编辑为核心技术的生物医药企业，熟练掌握各类基因编辑技术，包括基因编辑、碱基编辑及先导编辑等。目前公司已开发出多种具有自主知识产权的新型CRISPR基因编辑核酸酶，其中包括一种切割效率高、脱靶效应低的新II型CRISPR-FrCas9，现已获得专利授权。除此之外，舒桐科技纯化的高活性UDG核酸酶已正式开放试用申请，如有需求，欢迎咨询。

关于舒桐

珠海舒桐医疗科技有限公司是一家以基因编辑为核心技术的生物医药企业，总部位于粤澳深度合作区——横琴新区，下设鼓润（武汉）医疗科技有限公司、广州舒桐医疗科技有限公司和杭州舒桐生物科技有限公司等全资子公司。公司为国家高新技术企业，拥有博士后工作站和多个博士后团队，已申请专利40余项，承担多项国家科技重大专项。公司致力于通过创新技术为多种疾病尤其肿瘤开展新药研发，提供基因靶向治疗方案。同时公司搭建了一站式基因编辑平台、分子诊断平台和科技服务平台，可提供从靶点筛选、基因编辑有效性检测到安全性评估的全流程解决方案；具备先进的CGT原料规模化生产能力，可为科研机构及生物医药企业提供安全高效的一站式服务和原料供应。舒桐医疗坚持以“创新、敬业、融合、开放”为核心价值观，致力于利用基因治疗技术造福人类健康，让生命更美好。