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)
「入口有淡淡的藥香,喝完嘴裡回甘,喝起來和普通的珍珠奶茶差不多。」這杯融合了奶香、茶香和藥草香的人參囊泡奶茶,並非商家的「噱頭」。它出現在2025年中草藥囊泡研究與應用全球學術會議展區,與會者好奇地嘗了一口加冰的奶茶,即刻點讚:「好喝,第一次喝這樣的中藥奶茶!」 據介紹,此次會議由中草藥囊泡廣東省工程研究中心、廣東省中醫藥學會、廣州中醫藥大學第三附屬醫院主辦,來自全球的學者與國內頂尖專家共同探索中醫藥現代化發展的新可能。中草藥囊泡如何讓千年智慧煥發新生——突破口,可能就在一杯奶茶、一瓶口服液裡。 文、圖/廣州日報全媒體記者周潔瑩 實習生黃懿旻 實驗室裡的「快遞小哥」 正叩響你家大門 「中草藥囊泡的個頭只有一個細胞的千分之一,是真正的納米級『快遞員』。」大會主席、廣州中醫藥大學第三附屬醫院醫學檢驗科主任趙可偉教授向記者介紹了這項「黑科技」,這些中藥材細胞裡的微小囊泡能夠精準地運送活性成分,「它比傳統湯劑更易被人體吸收,雙層膜結構就像防震包裝,能把『藥物包裹』安全送達病灶。這個『包裹』濃縮了中藥的精華,以後大家只需要喝上幾毫升的囊泡奶茶,效果就比得上一大碗苦苦的中藥。」相比傳統中藥湯劑,中草藥囊泡憑藉其納米級的微小體積和穩定的雙層膜結構,能夠更有效地被人體組織細胞吸收利用。這種獨特的結構不僅可以保護藥物活性成分不被降解,還能實現精準的靶向遞送,使藥效成分更集中地作用於病灶部位,從而顯著提升治療效果。 趙可偉認為,科研突破、國際影響力、年輕人中越來越廣泛的接受度,讓中醫藥變得越來越「時尚」。 嶺南涼茶遇上納米科技 人們紛紛打卡人氣單品 當嶺南涼茶遇上納米科技,產品展區成了最具人氣的「打卡點」。除了刷屏朋友圈的人參囊泡奶茶,白朮口服液等創新產品也吸引眾人駐足,這些孵化品擁有前沿納米技術和嶺南中醫藥傳統文化的「雙重基因」。古代醫書裡「一兩黃金一兩參」的珍品,現在融入了日常的時尚飲品,成為中醫藥現代化的生動註腳。 南方醫科大學樊俊兵教授則對水果更「感興趣」,他分享說,水果富含活性成分,果蔬囊泡在口服穩定性和生物相容性上更有優勢,未來在口服藥物遞送系統、功能性食品開發等領域應用前景廣闊。據了解,本次大會上,國內外專家分享了20多種常見中草藥和果蔬(如大蒜、薑黃、黃芪、檸檬、西柚、橙子)的囊泡在保健、疾病治療、護膚等領域的研究成果。 廣東見證中草藥囊泡從實驗室走向尋常人家 清華大學藥學院尹航教授受訪時說,細胞外囊泡技術為中醫藥產業升級提供了一個前所未有的機會。在全球細胞外囊泡蓬勃發展這個大浪潮之下,需要在法規、政策、原料供應等方面進行很多國際合作,與同行一起推動該領域的發展,力爭讓中草藥細胞外囊泡為中藥產業升級和國際化開闢新路徑,讓古老智慧與現代科技跨界融合。 從玫瑰花囊泡護膚品到淫羊藿囊泡保健品,很多科研轉化產品悄然上市。趙可偉預見:「很快會有更多囊泡產品走進超市、藥店,讓大家在柴米油鹽中感受中醫藥創新的力量。」據悉,目前多款相關產品已完成量產,預計2~3年內就可上市,讓中醫藥智慧以更高效、更便捷的方式服務大眾健康。 而廣東見證了這場中草藥囊泡如何打通實驗室到市場「最後一公裡」的全過程。2023年省級工程中心掛牌,2024年中試平臺啟動,嶺南成為中草藥囊泡產業化的先行區。「我們正參與制定全球行業標準。」尹航透露,中國藥監局已牽頭啟動相關規範建設,「此刻會場裡的討論,或許明天就將影響地球另一邊的實驗室決策。」
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