北京將打造腦機接口產業集聚示範區
2026-01-08 15:24 8,647次浏览北京8月4日電 (記者 孫自法)在生命科學領域，基因組編輯技術的迅速發展和廣泛應用，為基礎研究和應用開發提供強大的技術支撐。不過，大片段DNA(脫氧核糖核酸)編輯一直面臨重大挑戰，對數千乃至數百萬鹼基的精準操縱更是基因編輯領域的核心難題，備受關注。 育種和基因治療有巨大應用潛力 來自中國科學院遺傳與發育生物學研究所(遺傳發育所)的消息說，該所高彩霞研究員團隊最新研發出一種新型可編程的染色體編輯技術(Programmable Chromosome Engineering，PCE)。該技術在動植物中實現了從千鹼基到兆鹼基級別DNA的多類型染色體精準操縱，顯著提升了真核生物基因組的操縱尺度和能力。 利用大片段DNA精準操縱技術，研究人員不僅能實現多基因疊加編輯，還可通過操控基因組結構變異，為作物性狀改良和遺傳疾病治療開闢新路徑。同時，該技術有望推動新型育種策略的發展，例如通過操縱遺傳連鎖、調控重組頻率實現育性控制，以及消除連鎖累贅，充分釋放野生種質資源中優異等位基因的育種潛力。此外，精準染色體編輯技術的突破將加速人工染色體構建，在合成生物學等新興領域也有重要的應用前景。 本項研究PCE系統的開發和精準染色體編輯示意圖。中國科學院遺傳發育所 供圖 這項攻克大片段DNA精準編輯的重要成果論文，北京時間8月4日深夜在國際知名學術期刊《細胞》(Cell)上線發表。審稿人評價認為，中國團隊發表的研究工作，代表了基因工程領域的重大突破，在育種和基因治療方面具有巨大的應用潛力。 系統應用受到3個關鍵問題制約 論文通訊作者高彩霞研究員介紹說，以基因編輯工具CRISPR及其衍生技術為代表的編輯系統，通過可編程的嚮導RNA(核糖核酸)引導Cas9等核酸酶靶向基因組特定位點，已廣泛應用於特定鹼基和短片段DNA的精準編輯。但針對大片段DNA編輯，現有工具在編輯效率、尺度、精準性及類型多樣性等方面仍存在明顯不足。 研究團隊發現，位點特異性重組酶(Cre-Lox)系統具有染色體水平DNA操縱潛力，其原理是在基因組中引入Lox序列後，由Cre重組酶介導Lox位點之間的DNA重組來實現全基因組範圍內的遺傳操縱。 然而，Cre-Lox系統的應用受到3個關鍵問題的制約：Lox位點固有的對稱性導致重組反應可逆，不利於目的編輯的發生；Cre酶作為四聚體工作，提升其活性的工程改造難度高；重組後特異性位點殘留，影響編輯的精準性。 構建兩個可編程染色體編輯系統 高彩霞指出，為逐一突破上述限制，在本項研究中，研究團隊構建出系統性技術路徑：首先，開發高通量重組位點快速改造平臺，並提出不對稱Lox位點設計原則，成功創製新型Lox變體，保持高效重組效率的同時將可逆重組活性降低至陰性對照水平。 其次，基於研究團隊此前自主開發的融合蛋白通用逆摺疊模型、結構與進化約束信息的蛋白定向進化平臺AiCE，實現對Cre蛋白多聚化界面的精準優化，獲得重組效率提升至3.5倍的工程化Cre蛋白變體。 最後，研究團隊創建並優化了重組酶的無痕編輯策略Re-pegRNA，利用引導編輯器的高效編輯特性，通過設計特異性pegRNA對重組後殘留的Lox位點進行「重引導編輯」，將其精準替換為原有基因組序列。 通過這三項技術的集成優化，研究團隊成功構建PCE與RePCE兩個可編程染色體編輯系統，可對不同Lox位點的插入位置和方向進行靈活編程，實現鹼基從千比特(kb)到兆比特(Mb)尺度的大片段DNA精準無痕操縱。 研究團隊表示，他們在動植物細胞中，利用新研發的系統已成功實現18.8 kb超大片段DNA的定點整合、5 kb序列的定向替換、12 Mb的染色體倒位、4 Mb的染色體刪除及整條染色體的易位。他們還利用新型大片段DNA精準操縱技術，成功創製含315 kb精準倒位的抗除草劑水稻種質，展示出其廣泛應用前景。 據了解，AiCE成果7月上旬已在線發表於《細胞》，並將與此次研究成果以背靠背形式於8月下旬在《細胞》紙質版正式刊出。(完)
長沙晚報全媒體記者 楊雲龍 通訊員 張維夏 天氣炎熱，大家都知道要多喝水。但很多人不知道，「喝水這件小事」若飲用不當也可能埋下健康隱患。近日，「老人一天喝6升水導致水中毒」衝上熱搜，引發網友熱議。「水中毒」究竟是什麼？為什麼會發生「水中毒」？如何判斷飲水量是否充足？湖南省人民醫院急診科二部副主任醫師靖穎霞進行了詳細解答。 過量飲水竟造成「水中毒」 據報導，浙江年過六旬的金先生因排尿減少、尿液顏色發黃，到附近的社區衛生服務中心諮詢後，被提醒「多喝點水，有助代謝」。誰知他太過認真，一天內竟灌下了近6升白開水，結果出現頭暈、乏力、意識模糊等症狀，家人緊急將他送醫，被確診為「水中毒」引發的嚴重低鈉血症。 無獨有偶，58歲的張女士也因過量飲水被緊急送醫。近日，張女士在接受兩癌(宮頸癌和乳腺癌)篩查時，因需憋尿做B超，於是空腹一次性飲下了3000毫升水。在完成B超回家後吃午餐時，她突然出現噁心、嘔吐和手腳抽搐的症狀。家人以為是低血糖，便餵她喝下一杯糖水，但情況並未好轉，她開始意識模糊，家人隨即將她送往醫院急診科。 經檢查，張女士被診斷為低鉀、低鈉、低氯和電解質紊亂，顱腦CT顯示腦組織輕度水腫，這是典型的「水中毒」症狀。經過救治，張女士脫離生命危險，並逐漸恢復了神志。 「水中毒」其實是稀釋性低鈉血症 靖穎霞解釋，「水中毒」又稱稀釋性低鈉血症，指人體攝入水總量大大超過排出水量，導致水分在體內瀦留，引起血漿滲透壓下降和循環血量增多，可分為急性水中毒和慢性水中毒兩類。程度較輕者停止水分攝入，排除體內多餘水分後即可糾正；嚴重者則可導致神經系統永久性損傷。 正常情況下，人的身體有著精妙的調節機制來維持體內的水平衡。腎臟就像一個「排水工廠」，健康的腎臟每小時能排出800毫升至1000毫升水。如果短時間內攝入過多水分，腎臟來不及處理，這些多餘的水就會打亂身體的「秩序」。血液被稀釋，其中的鹽分尤其是鈉離子的濃度會降低。當血液中鈉的濃度低於135毫摩爾/升(正常範圍是 135毫摩爾/升至145毫摩爾/升)時，就會出現低鈉血症。 「水中毒」的症狀表現多樣，初期可能只是感覺頭昏眼花、倦怠無力、心跳加快。隨著病情的發展，可能會出現頭痛、噁心、嘔吐；嚴重時，會出現肌肉痙攣、意識障礙，甚至陷入昏迷，危及生命安全。如果血液中鈉的濃度快速下降，還可能導致腦水腫，因為水分會從血液流向相對含鹽較多的細胞內，使得細胞膨脹，而大腦細胞膨脹會受到顱骨的限制，進而引發腦組織受損。 為什麼會發生「水中毒」？靖穎霞表示，首先是短時間大量飲水，腎臟無法及時排出，容易引發「水中毒」；其次是腎臟功能受損，對於本身患有慢性腎炎、腎功能不全等疾病的人，腎臟的排水功能已經受到影響，即使是正常的飲水量，也可能因為腎臟無法正常工作，導致水分在體內蓄積，增加「水中毒」風險。此外，某些藥物的副作用、精神疾病導致的強迫飲水行為，以及一些特殊的生理狀態(如在炎熱天氣下長時間劇烈運動後，大量飲用不含電解質的純水)，都有可能誘發「水中毒」。 如何判斷自己飲水量是否充足 天氣炎熱，免不了多喝水，如何判斷自己的飲水量是否足夠呢？根據中國營養學會膳食指南的推薦，男性每日應攝入約1700毫升水，女性每日應攝入約1500毫升水，大約相當於常規一次性水杯的7至8杯。 尿液顏色的觀察是判斷水分充足的指標，淺檸檬色的尿液代表水分處於理想狀態，清澈無色的尿液說明可適當減少飲水，而暗黃色的尿液則提示我們及時補充水分。 靖穎霞提醒，以下人群喝水時要注意飲水量： 腎功能受損者：腎臟就像人體的「過濾器」和「排水工」，一旦功能下降，水分和電解質的代謝速度都會減慢。對於患有慢性腎病或慢性基礎疾病的人來說，即便是正常飲水量，也可能因為排不出去而在體內累積，從而誘發「水中毒」。因此，一定要遵循醫生的建議控制飲水量。 心功能減退的患者：飲水過多加重心臟負擔，會導致心衰加重，要根據自身情況和醫生建議控制飲水量。 服用特定藥物的患者：例如利尿劑、抗精神病藥、部分抗抑鬱藥等，這些藥物可能影響體內的水鹽平衡，幹擾腎臟的排水能力，或者改變體內對「口渴感」的反應，容易導致飲水行為失控。 存在認知障礙或行為控制問題的人：這些人可能因為記憶、理解能力下降，重複喝水或無法感知已經喝過，導致喝水過多。 孕婦和嬰幼兒：孕婦基礎代謝旺盛，要保證足量飲水，但是要少量多次喝水；嬰幼兒在母乳或奶粉攝入足夠的情況下，不需要刻意餵水，以免增加心臟和消化道的負擔。 理解身體補水需求，預防「水中毒」 日常生活中如何預防「水中毒」？靖穎霞提醒大家注意以下幾個方面。 適量飲水：一般來說，健康的成年人每天飲用1500毫升至1700毫升的水就足夠了。當然，這個量不是絕對的，如果在高溫環境下、運動後或者從事體力勞動，出汗較多，需要適當增加飲水量。但也不能過量，一天的飲水量最好不要超過3升。 少量多次飲水：不要一次性大量飲水，而是要分成多次，每次適量飲用。比如，每次喝200毫升左右的水，這樣可以讓腎臟有足夠的時間排出水分，避免水分在體內積聚。尤其是老年人，身體的調節功能相對較弱，更要注意少量多次飲水。 運動後科學飲水：運動後會大量出汗，不僅流失水分，還會帶走鹽分。這時候不能只喝白開水，最好喝一些淡鹽水或電解質飲料，補充身體流失的電解質。淡鹽水的濃度一般以每500毫升水放1克鹽為宜。而且，運動後喝水要小口慢飲，不要大口吞咽，避免氣體進入胃腸道引起不適。 每一個小習慣背後，都隱藏著生理機制的複雜調節。只有理解身體的真正補水需求，才能在「喝水這件小事」上，真正做到對健康有益。
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