寫在田間地頭的「土」文章
2025-11-19 07:20 7,217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)
杭州8月10日電(張煜歡)幾個月前的一天，68歲的李大伯(化名)突發急性心梗跌入水溝，被送至雲南省普洱市景東彝族自治縣人民醫院(下稱景東縣人民醫院)時已血壓驟降、心率微弱。急診科啟動應急預案，多學科團隊接力搶救：7次電除顫、持續心肺復甦穩住生命體徵，緊接著導管室裡介入手術精準開通閉塞血管，最終將老人從死神手中拉回。 這場驚心動魄的生死搶救，不僅是景東縣人民醫院整體學科救治能力的體現，更藏著一段跨越千裡的幫扶故事。 圖為浙江專家在景東縣開展義診活動。浙大二院供圖 時光回溯至2013年，在教育部和浙江大學統籌部署下，浙江大學醫學院附屬第二醫院(下稱浙大二院)與景東縣人民醫院締結定點幫扶關係。彼時的景東縣人民醫院，設備陳舊、學科薄弱，區域患者外轉率居高不下。 「景東的山路陡，但我們的幫扶腳步穩；縣域醫療基礎薄，但我們的培育耐心足。12年探索，我們要的不是『輸血』一時，而是『造血』長久，讓景東自己的醫生能頂起大梁，讓這裡的醫院能真正守護一方。」中國科學院院士、浙大二院院長王建安說。 「這是一名有長期飲酒史的患者，反覆重度貧血，但他黑便及嘔血量與貧血程度不符，我們考慮患者除了消化道出血是否還合併其他疾病，您看看我們這樣的診療方案是否合適？」8月7日上午，景東縣人民醫院消化內科門診醫生通過浙二網際網路醫院「雲診室」，向浙大二院消化內科主任宋宇虎請教診斷方向。經過線上會診，宋主任建議患者戒酒，改善貧血狀態，後續完善內鏡檢查。 這樣的數智醫療場景，如今在景東已是常態，但回溯至2015年3月，第一套遠程會診系統的啟用，曾是打破山海阻隔的「破冰之舉」。 「記得第一例遠程會診，是位肺功能障礙的患者。」景東縣人民醫院院長馮周亮至今記憶猶新，「浙大二院的專家通過屏幕一步步指導我們看片子、問病史，對我們的初步診斷給予了相應指導和建議，使該患者的治療方案得到進一步的優化，避免了患者輾轉求醫的奔波。那一刻我就知道，這根網線有大用處。」 浙大二院為景東當地援建的高壓氧艙，為當地急危重症患者康復帶去新希望。浙大二院供圖 如今，這根網線已進化成「數智動脈」。浙大二院依託5G網絡、VR眼鏡、AI能力等新一代數位技術，同質化平移數智建設樣板：成立「浙二網際網路醫院雲南景東分院」和「區域影像平臺景東分中心」，為縣域內19家緊密型醫共體成員提供強有力技術支撐。 景東縣人民醫院的辦公室裡，有一柜子的錦旗和感謝信，其中一名肺癌患者在信中如此寫道：「我患癌咳痰已經一年多了，而且越來越重，這次竟然在縣醫院治好了，董醫生救了我的命啊！」 信中提到的董福秋醫生，2022年從浙大二院學成歸來後，在當地牽頭開展了氣管鏡相關診療技術及肺癌的規範化診療，讓部分肺癌患者得以在縣級醫院明確診斷、及時治療。如今，董福秋已成長為景東縣人民醫院副院長，帶領更多年輕醫務人員走向成才之路。 這樣的成長故事，在景東比比皆是。2015年到浙大二院進修的骨科醫生蔡喬良，回院後帶領團隊開展了包括腰椎畸形矯形術等在內的10多項新技術新業務，助力景東骨科躋身省級臨床重點專科。 8月的景東常常風雨交加，各個醫療單位裡的氛圍卻是熱火朝天。浙大二院臨床和管理專家帶來的乾貨課程，以及義診帶教、床旁查房、手術教學等，吸引了數百名景東縣緊密型醫共體醫務人員前來學習。 這樣的「實地教學」，是浙江專家奔赴山海的工作常態。12年來，醫院持續派出巡回醫療專家隊，並於2023年落地3個名醫團隊工作站……「傳幫帶」從「短期派駐」已變成「長效深耕」。 民生連著民心，健康關乎幸福。12年山海相望，兩地的醫療幫扶故事早已成為一段共生長、同進步的情誼。從第一臺遠程會診到5G數智醫療的普及，從第一批進修醫生到本土化人才梯隊的形成，從簡陋的診室到功能完善的區域醫療中心，變化的是醫院的模樣，不變的是「守護百姓健康」的初心。(完)
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