研究團隊通過基因密碼子擴展技術將含有疊氮基團的非天然氨基酸定點修飾到Cas9蛋白上，通過直接或者間接與DBCO修飾的oligo-DNA發生點擊化學反應，將供體DNA固定在Cas9蛋白上，將DNA精準運送至靶DNA區，增加在切割部位的供體DNA的濃度，在發生切割後，能夠迅速提供修復模板從而提升重組效率。
基因編輯技術近年來飛速發展，CRISPR/Cas9技術因其低成本簡單高效，極大的助力了基因治療時代的到來。利用CRISPR/Cas9對靶基因進行切割，進而通過供體DNA模板介導的同源重組修復機制來實現精準基因編輯具有廣泛的應用前景。然而在哺乳動物細胞中的同源重組的效率很低，大大限制該技術的應用。如何提高同源重組頻率從而提高精準基因編輯效率是CRISPR/Cas9在生物醫藥領域應用中亟待解決的重要問題之一。
基於這一科學問題，北京大學藥學院劉濤和北京大學第三醫院李默研究團隊通過基因密碼子擴展技術將含有疊氮基團的非天然氨基酸定點修飾到Cas9蛋白上，通過直接或者間接與DBCO修飾的oligo-DNA發生點擊化學反應，將供體DNA固定在Cas9蛋白上，將DNA精準運送至靶DNA區，增加在切割部位的供體DNA的濃度，在發生切割後，能夠迅速提供修復模板從而提升重組效率。
非共價組裝方式更是提供了通用的蛋白核酸偶聯平臺，利用鹼基互補配對實現無修飾的供體DNA的高效體外組裝導入細胞，在細胞水平展現出10倍的同源重組水平的提高。在小鼠胚胎細胞中通過顯微注射法導入核酸偶聯複合物，在不同劑量組均展現出高效的精準基因敲入的效果，該技術為CRISPR/Cas9用於體外細胞精準編輯，高效構建動物模型提供有力的技術方法。
以上成果於2020年4月在國際著名期刊Science Advances在線發表。劉濤研究員和李默研究員為本研究論文的通訊作者，劉濤團隊博士研究生凌鑫宇和博士後高小芹以及李默團隊博士後謝炳騰為論文的共同第一作者，北京大學天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室為第一責任通訊單位。
作者簡介：
劉濤，北京大學藥學院特聘研究員，博士生導師，分子與細胞藥理系主任，天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室獨立PI。北京大學百人計劃，國家自然科學基金優青獲得者。發表科研論文近30篇，代表論文包括J Am Chem Soc, Science Advances, PNAS, Cell Chem Biol, Angew Chem, J MedChem, ACS Chem Biol等。主要研究方向包括生物技術在生物藥物研發以及疾病機理解析中的應用。發展了含有人造氨基酸的蛋白創新藥物，應用在腫瘤及基因治療等多種領域，從而促進了生物藥物的升級換代。獲得2018年中國藥學會以嶺生物醫藥獎青年獎以及2019年拜耳研究員獎。
李默，北京大學第三醫院研究員、博士生導師；國家自然科學基金委優青。主要從事DNA損傷與癌症發生的分子機制。發表SCI論文40餘篇，總引用次數1000餘次，代表論文包括CancerCell、Cell Research、Nature Chemical Biology、Genes & Development、Science Advances、PNAS、Cancer Research等。
