中國(guó)科學(xué)家通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有基因編輯方法，開發(fā)出一種新型可編程染色體工程系統(tǒng)，其操縱DNA片段的效率比原始酶編輯工具高出3.5倍以上。

人類基因組在每個(gè)細(xì)胞中擁有約30億個(gè)堿基對(duì)。盡管CRISPR等工具已經(jīng)徹底改變了單個(gè)基因和單個(gè)核酸堿基的編輯，但研究人員發(fā)現(xiàn)，要準(zhǔn)確修改涉及數(shù)千乃至數(shù)百萬(wàn)個(gè)堿基的較長(zhǎng)DNA片段則困難得多。

如今，由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所首席研究員高彩霞領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，攻克了基因工程領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的一個(gè)難題。他們研發(fā)出一種能夠精確操縱數(shù)百萬(wàn)個(gè)DNA堿基對(duì)（生命密碼的基本單位）的工具。

武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)研究院基因編輯專家、未參與此項(xiàng)研究的殷昊教授評(píng)價(jià)這一進(jìn)展意義重大。他在接受媒體采訪時(shí)補(bǔ)充說(shuō)，該成果可能為生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的變革性突破奠定基礎(chǔ)。

PCE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)植物基因組編輯重大飛躍

作為研究的一部分，科學(xué)家們改進(jìn)了一項(xiàng)已有十年歷史的基因編輯方法，使其更易于使用且效率顯著提高。這篇發(fā)表在同行評(píng)審期刊《細(xì)胞》（Cell）上的論文闡述了新型可編程染色體工程（PCE）系統(tǒng)如何在高等生物（尤其是植物）中精確修改涉及數(shù)百萬(wàn)個(gè)堿基的大片段DNA。

這一突破可能會(huì)重塑農(nóng)業(yè)種子培育和合成生物學(xué)等快速發(fā)展領(lǐng)域的研究。中國(guó)科學(xué)院北京分院表示，該技術(shù)能夠操縱基因組結(jié)構(gòu)變異，將為改良作物性狀和治療遺傳疾病開辟新途徑。據(jù)報(bào)道稱，它還可能加速人工染色體的研發(fā)進(jìn)程，這在合成生物學(xué)的下一代應(yīng)用中潛力巨大。

殷昊教授解釋說(shuō)，這項(xiàng)研究始于Cre-Lox系統(tǒng)。Cre-Lox是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵酶，被廣泛用于插入、倒置或替換大片段DNA以及進(jìn)行其他基因編輯。然而，自20世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，Cre-Lox的局限性令研究人員望而卻步。隨著目標(biāo)DNA片段尺寸增大，其效率顯著下降，并且該酶通常會(huì)留下“疤痕”，使后續(xù)的基因工作復(fù)雜化。

基因組編輯技術(shù)進(jìn)步有望實(shí)現(xiàn)更持久的DNA改變

這位來(lái)自武漢的科學(xué)家指出，由于編輯后的DNA序列可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)，盡管為實(shí)現(xiàn)特定的基因修飾付出了巨大努力，但這些改變往往是暫時(shí)的。

這正是高彩霞及其團(tuán)隊(duì)介入的地方。他們專注于基因組編輯技術(shù)（特別是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域），重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化了編輯策略以克服這些挑戰(zhàn)，從而產(chǎn)生了顯著推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的新方法。

這項(xiàng)新型PCE技術(shù)能夠精確操縱DNA片段，其效率比原始酶編輯工具高出3.5倍以上，同時(shí)消除了“疤痕”并最大程度降低了序列逆轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

過(guò)去，科學(xué)家可能需要編輯1000顆種子才能找到一顆具有所需性狀的種子，而改進(jìn)后的工具現(xiàn)在將這個(gè)數(shù)字降至僅需100顆，大大減輕了研究人員的工作量。此外，預(yù)計(jì)PCE系統(tǒng)最終將取代世界各地的實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的Cre-Lox系統(tǒng)，為醫(yī)學(xué)研究和農(nóng)業(yè)工程引入更高的效率。

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