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2025-10-29 08:13 1,821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)
徐州醫科大學深耕細胞治療藥物研發領域的重要組成部分，以核心技術串聯產業鏈上下遊要素，成為細胞治療藥物產業的「聚能器」。學校通過深度對接政府產業園區、聯動行業領軍企業及科研院所、組建細胞治療醫療創新聯盟等戰略舉措，創新產教融合辦學模式，與合作主體雙向驅動，在管理體制機制、人才培養體系、師資隊伍建設、教育教學改革等方面深化產教融合，精心構建出適配細胞治療藥物產業發展需求的交叉複合型人才培養體系，在精準施策、破立並舉中提供了校地合作共贏的樣本，為區域生物醫藥產業的高質量發展注入了強勁動能。 創新產教融合育人模式 培育交叉複合型人才 重建專業建設方案。學校立足細胞治療藥物產業的發展需求，打破學科、專業間的壁壘，高水平建設以細胞治療為特色、與產業鏈高度契合的生物醫藥學科群。學科群由臨床醫學、藥學、生物學、醫學檢驗技術、生物醫學工程五個學科組成，覆蓋細胞治療藥物的研發、生產、質控、臨床應用、評價等全產業鏈。五大專業相互支撐、互為依託，通過跨學科資源整合，實現生物醫藥人才的產教融合的特色化培養。 重構人才培養體系。學校立足生物醫藥產業中細胞治療藥物領域的需求，通過政校行企醫多方協同，確立產業學院人才培養目標：培養具有科學思維、產品思維、設計思維、跨學科協作能力、項目管理能力和創新創業精神與潛質，能夠在生物醫藥產業特別是細胞治療藥物領域從事研發、生產、質控、臨床應用與評價等工作的交叉複合型產業人才。 開展課程體系改革。一是課程模塊化重構：圍繞產業動態與企業用人標準，校企對傳統專業課程進行優化升級，協同打造「模塊化、遞進式」課程體系，確保教學內容與行業前沿無縫銜接；二是實訓情境化升級：依託真實生產環境與先進技術平臺，開展沉浸式實景教學，強化學生實操能力與複雜問題解決能力，實現從課堂到產業的零距離過渡；三是師資多能化培養：創新「一專多能」型教師的培養和聘任機制，共建企業師資培訓基地，鼓勵教師深入企業鍛鍊，採集真實教學案例，將產業經驗反哺教學。通過校企聯合授課、案例開發及技術攻關，打造一支既精通理論又熟悉產業的「全能型」教學團隊，為人才培養提供堅實保障。 聚焦細胞治療藥物產業 打造多要素產業生態圈 學校「江蘇省腫瘤生物治療研究所」作為我國細胞治療藥物研發領域的先行者之一，憑藉在細胞治療領域近20年的技術積澱與創新突破，通過深度聯動政府產業園區、整合行業龍頭企業及科研院所資源，牽頭組建細胞治療醫療聯盟，成功打造集「政、教、醫、研、產、資」於一體的多要素細胞治療產業生態圈。 一是專業設置與產業需求精準對接。圍繞細胞治療藥物產業全流程學科群：聚焦生物學和藥學對應產業上遊(細胞藥設計構建)，生物醫學工程和醫學檢驗技術對應產業中下遊(細胞藥規模化生產與質量控制)，臨床醫學和藥學專業對應產業下遊(細胞藥的臨床應用與評價)。三大板塊協同發力，形成貫穿「研發-生產-應用」全鏈條體系；二是課程體系與崗位能力深度契合。創新構建「初階基礎通用-中階分立交叉-高階特色自選」三階遞進的模塊化課程體系，確保學生知識結構、技能水平與行業崗位需求無縫銜接；三是教學過程與生產過程無縫融合。推動行業領軍企業參與課程開發，將產業技術標準、生產流程及創新項目深度融入教學實踐。動態跟蹤行業技術變革，實現課程內容與產業需求同步更新。以企業真實項目、產品研發案例作為實踐教學載體，通過「項目驅動、實景演練」的教學模式，提升學生的產業適應力與創新實踐能力。 打造產業集聚溢出格局 推動生物醫藥產業發展 學校在細胞治療藥物產業領域的引領集聚作用受到徐州市政府的高度重視和多方位支持。依託學校在細胞治療領域的核心優勢資源，徐州市經開區斥資數億元重點打造以細胞治療為特色的東湖醫藥產業園(細胞谷)，吸引上海復星醫藥、江蘇迅睿生物、上海賽傲生物、蘭衛醫學檢驗中心等生物醫藥創新企業入駐。 東湖細胞谷專門為產業學院投資1.5億元，高水平建設一幢集教學、科研、實踐實訓、成果轉化等功能為一體的綜合樓，成為產業學院的獨立辦學場所。目前，東湖細胞谷已初步形成細胞治療藥物人才培養、技術研發、生產、臨床服務及配套服務的產業鏈閉環，為徐州經開區直接拉動投資20餘億元。 自學校產教融合模式實踐以來，取得了顯著成效，細胞治療藥物產教融合基地成功獲批為首批立項建設的53個省級產教融合重點基地之一，獲批1個省級產業學院、1個省級卓越工程師教育培養計劃2.0專業建設點、2個產教融合品牌專業建設點、3門省級產教融合型一流課程，2項研究生教育教學改革重大課題，為學校深化產教融合、科教融匯，推進創新鏈、產業鏈、人才鏈、教育鏈有機融合發揮了巨大推動作用。 邁入新時代，踏上新徵程。徐州醫科大學將持續深化產教融合創新模式，以細胞治療藥物產業為引領，不斷優化人才培養體系與產業生態圈。通過進一步發揮產業集聚效應，吸引更多優質資源匯聚，助力東湖細胞谷等產業園區蓬勃發展，為區域生物醫藥產業輸送大批交叉複合型人才，為我國生物醫藥產業高質量發展貢獻更大力量。(信息來源：徐州醫科大學) 來源：中國青年報
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