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)
周三上午,上海市第八人民醫院5樓MDT(多學科聯合診療)診室內,孫阿姨與3名醫生相對而坐,圍繞她的心血管、內分泌、呼吸系統等多處問題,「圓桌會議」就此開始。 這是八院日前推出的多病聯合管理門診,門診的火爆遠超院方預期,「目前號源已預約至9月底,患者以老年群體為主。」上海市第八人民醫院副院長朱捷說。 預約爆滿也從一個側面反映出老年患者就醫的需求與困境。統計數據顯示,我國60歲以上中老年人患有一種及以上慢性病的比例高達75%,其中43%的老年人面臨多病共存的問題,80歲及以上老年患者同時患有兩種及以上慢性病、老年症候群、老年問題者佔總人數的87.2%。而簡化老年患者就醫流程,滿足其多病共治需求,滬上醫院正在探索。 對於八院的這次「嘗鮮」,有患者直言,「以前看病像趕場,現在醫生圍著我討論,方便多了!」但也有人疑惑,「這和全科有什麼差別?」多病聯合管理門診究竟能提供怎樣的服務?與傳統MDT、全科門診又有何不同?帶著諸多疑問,記者昨天走進八院一探究竟。 響應患者呼聲,鏈入多科資源 孫阿姨有備而來。診療桌上,她將過往報告一字攤開——瑞金醫院的血糖檢測報告、仁濟醫院的免疫組化報告、上海市第一人民醫院的心臟檢查報告、上海市公共衛生臨床中心的B超報告…… 「年紀上去了,『零件』不行了。」年過七旬的孫阿姨自嘲是醫院常客,看著報告單上高高低低的指標,她的心情常常如同過山車。聽聞八院開出多病聯合管理門診,她決定來試試。 診室裡,不同於平日裡醫生的主動問診,心內科、呼吸內科、內分泌科等三名醫生共同聆聽孫阿姨的疾病症狀與困擾,從一堆既往病歷與檢查報告中抽絲剝繭,梳理關鍵脈絡。「平時會心悸嗎?」「運動時會不會喘不上氣?」「日常飲食情況如何?」醫生們仔細問診,逐一給出解決方案。 其中最困擾孫阿姨的莫過於肌酸激酶和肌酸激酶同工酶的升高,這是診斷心肌損傷的關鍵指標,而她的指標較正常值翻了個倍。排查一輪,心內科醫生敏銳地發現,引起孫阿姨指標升高的並非心臟問題,而是用藥問題。很快,雙方達成一致,調整用藥,待兩周後再來複診。 作為區域性醫療中心,八院所在的徐匯區老齡化程度高。醫院前期調研顯示,老年人慢性疾病多,看病往往要掛好幾個科室,在不同樓層間奔波,候診等待時間也由此拉長。 「患者以症狀看病,醫院以系統分科,兩者之間往往存在信息差。」朱捷告訴記者,以簡單的頭暈為例,可能涉及神經內科、五官科、血液科等多個科室,究竟該掛什麼科室,很多患者尤其是老年患者往往找不到頭緒,「患者對推出多病聯合管理門診的呼聲很高。」 經前期籌備,醫院匯集呼吸與危重症醫學科、心內科、神經內科、內分泌代謝科、腫瘤科、消化內科、泌尿外科、普外科八個科室高年資醫師,通過多學科協作模式,讓醫生圍著患者轉。 就醫也講「高定」?根據患者需求自由組合科室 事實上,這種打破單科主導,多學科聯合診療的模式由來已久,但以往更多醫院將資源用於疑難雜症,且以專病為導向進行固定的多科合作。 多病聯合管理門診則聚焦患者個體。「我們根據患者的需求和症狀進行科室組合,堪稱『高定』版就醫服務。」上海市第八人民醫院門診辦公室副主任王田龍介紹,掛號前患者需提前預約,預約中心工作人員根據患者病史、病症、需求等判斷需要哪些科室醫生一起出診。 72歲的張老伯是首批受益者之一,他患有糖尿病、高血壓、腦梗等疾病。根據其訴求,工作人員為其配備了內分泌科、心內科、神經內科等三科醫生出診的「高定」慢病MDT,解決其血糖血壓波動大、頭暈胸悶症狀反覆出現等問題。 但是,「高定」版的門診也牽引出另一個問題,不同患者就診時需要參與的科室不同,參與的醫生數量不同,該如何收費?王田龍解釋,目前採取的是普通門診收費,按照18元一個門診號來計算,如果同時預約了3名醫生,一次看病門診掛號費是54元,「這與患者單次分別掛3個科室的號是一樣的收費標準」。 這種方式於患者而言,並非增加就醫成本;於醫生而言,也可有效計算工作量。王田龍補充道,門診運行以來,受到諸多好評的還有檢查流程的再造。「如果專家團隊當場評估患者需要CT、心電圖等檢查,由門診協調優先安排。」 「看著眼前坐了一排專科醫生就安心」 患者的另一個關注點在於,目前在全市範圍內,不少醫院已開設全科門診,加之社區衛生服務中心的全科醫生均可提供基礎性、連續性的健康管理。那麼,多病聯合管理門診與現有的全科門診有何區別? 在王田龍看來,關鍵在於「專科深度」與「協作效率」。患者在就醫傾向上,尤其是面對多種複雜疾病時,更期待由多名專科醫生共同會診,以獲得更精準、專業的診療服務,「有患者跟我們說,看到眼前坐了一排專科醫生就覺得很安心」。 後續,八院計劃根據運行情況與患者反饋,將逐步增加開診頻次並拓展覆蓋病種範圍,院方計劃將中醫科、營養科、藥劑科等納入。「對於老年患者而言,避免藥源性疾病同樣重要。」朱捷告訴記者,不同科室開具的不同藥物,是否存在用藥衝突,用藥劑量又該如何把握,這些都需要重視,雖然醫院已推出用藥諮詢門診,但老年患者由於觀念的原因鮮少踏足,未來這些都可以得到解決。 「為了確保就診效率,我們建議患者就診前能提前準備好病曆本、既往檢查報告、化驗單以及詳細的用藥清單,方便專家團隊快速、全面評估。」王田龍特地提醒道。(本報記者 李晨琰)
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