北京大学伊成器课题组与合作者在Nature发表ContactSeek框架,借助AlphaFold3接触概率赋能精准碱基编辑
Nature | 北京大学伊成器课题组与合作者建立基于AlphaFold3接触概率的人工智能框架,赋能精准碱基编辑
北京大学伊成器课题组与合作者在Nature发文,开发了基于AlphaFold3接触概率的AI框架ContactSeek,用于系统识别碱基编辑器中决定编辑特异性的关键氨基酸残基。研究整合AlphaFold3预测的接触概率与高通量测序获得的脱靶编辑信息,据此对Cas蛋白和脱氨酶进行工程化改造,显著提升了编辑特异性,为基因编辑工具的精准设计提供了新范式。
碱基编辑器已成为基础研究与疾病治疗的重要工具,但脱靶效应长期构成核心障碍:可编程核酸酶和脱氨酶会识别与靶点相近的序列,造成局部突变或基因组重排,治疗应用必须测量并限制全基因组范围的脱靶活性 [1];胞嘧啶编辑器携带的大鼠 APOBEC1 还会在人类细胞中引发转录组范围的 RNA 脱靶编辑 [2]。此前的主流对策是蛋白质工程:向 BE3 引入突变获得高保真版 HF-BE3 [3],改造 APOBEC1 使 RNA 脱靶减少 390 倍乃至 3800 倍以上 [2],重编程 TadA-8e 得到脱靶近乎背景水平的 Td-CBE/Td-CGBE [5],以及基于结构的理性突变 [6]。这些工作多针对单一酶逐一设计与筛选,机器学习虽已用于预测编辑产物的纯度与效率 [4],但如何在蛋白序列中系统定位决定特异性的残基、并在降低脱靶的同时保持高编辑活性,一直缺乏通用方案,AI 模型能否提升基因编辑器的特异性也不明确。
据 2026 年 8 月 4 日消息,北京大学伊成器课题组与合作者(据报道合作方包括华东师范大学[7])在 Nature 发表研究,建立了 AI 驱动的 ContactSeek 框架:整合 AlphaFold3 预测的接触概率(contact probability, CP)与高通量测序获得的脱靶编辑信息,系统识别 Cas 蛋白和脱氨酶中决定编辑特异性的关键氨基酸残基,并据此对碱基编辑工具进行工程化改造,显著提升了编辑特异性,为基因编辑工具的精准性设计提供了新范式。据报道,在 AlphaFold3 的各类输出中,接触概率比预测的三维结构更能灵敏地检出相关差异[8]。
相较于以往逐点试错或结构导向的个案改造 [3][5][6],这项工作把 AI 结构预测给出的残基级信息与实验脱靶数据直接耦合,形成一套可系统扫描关键残基并指导工程化改造的流程;与既往用机器学习预测编辑结局 [4] 的思路也不同,AI 在此直接服务于酶本身的改造,目标是提升特异性而非预测产物,等于把特异性优化从经验摸索推向了可复用的计算框架。
需要留意的是,消息本身未披露脱靶下降幅度、编辑活性保留程度等定量细节,改造后的编辑器在体内与治疗情境下的表现仍待检验,该框架能否推广到更多编辑系统也有待观察。此外,消息称论文发表于 Nature,而检索显示 Nature Methods 第 23 卷第 1679 页(2026 年)刊有题为 Precise DNA base editing using ContactSeek 的文章[9],两处信息存在出入,确切发表期刊应以正式文献为准。
- 1.Evaluating and Enhancing Target Specificity of Gene-Editing Nucleases and Deaminases · Annu Rev Biochem 2019
- 2.Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors · Nature 2019
- 3.Improving the DNA specificity and applicability of base editing through protein engineering and protein delivery · Nat Commun 2017
- 4.Efficient C•G-to-G•C base editors developed using CRISPRi screens, target-library analysis, and machine learning · Nat Biotechnol 2021
- 5.Re-engineering the adenine deaminase TadA-8e for efficient and specific CRISPR-based cytosine base editing · Nat Biotechnol 2023
- 6.Development of deaminase-free T-to-S base editor and C-to-G base editor by engineered human uracil DNA glycosylase · Nat Commun 2024
- 7.Chinese Scientists Develop ContactSeek AI Framework ... · pandaily.com 2026
- 8.Precise DNA base editing using AlphaFold3-based contact ... · discovery.researcher.life 2026
- 9.Precise DNA base editing using ContactSeek · nature.com 2026
该工作把AlphaFold3接触概率与高通量脱靶数据耦合的思路可迁移到其他碱基编辑器或Cas蛋白的特异性改造。
来源:中文产业新闻 · bydrug.pharmcube.com