人類基因組在每個細胞中包含約三十億個碱基對。儘管像 Crispr 這樣的技術已經在編輯單一基因和個別核酸基礎方面取得了革命性的進展，但研究人員發現，準確改變涉及數千或數百萬個碱基的較大 DNA 片段仍然面臨重重挑戰。如今，由中國科學院基因與發育生物學研究所首席研究員高彩霞領導的一組中國科學家，成功破解了這一歷時已久的基因工程難題，開發出能夠精確操控數百萬個 DNA 碱基的工具，這些碱基是生命密碼的基本單位。
這一進展被武漢大學醫學研究所的基因編輯專家尹浩教授形容為非常重要的進展，他並未參與該研究。尹教授在接受《南華早報》訪問時表示，這一發展可能為生物醫學和農業領域帶來變革性的突破。科學家們在其研究中提升了一項已有十年的基因編輯技術，這使得該技術的使用變得更加簡便和高效。這項研究發表在同行評審的期刊《Cell》上，文章解釋了新的可編程染色體工程（PCE）系統如何可以精確修改大 DNA 片段，涉及數百萬個碱基，特別是在高等生物體（尤其是植物）中。
這一突破可能重塑農業種子培育和合成生物學等快速發展的領域。中國科學院北京分院表示，通過使基因組結構變異的操控成為可能，這項技術將為改善作物特徵和治療遺傳疾病開辟新的途徑。據《南華早報》報導，這項技術還可能加速人工染色體的研究進展，而人工染色體在合成生物學的下一代應用中具有巨大的潛力。
尹教授解釋說，這一旅程始於 Cre-Lox，這是一種在生物醫學中廣泛使用的關鍵酶，常用於插入、反轉或替換大型 DNA 片段及進行其他基因編輯。然而，自從1980年代發現以來，Cre-Lox 的局限性使研究人員感到挫敗。隨著目標 DNA 片段大小的增加，其效率顯著下降，並且這種酶經常留下「傷痕」，使得後續的基因工作變得更加複雜。
武漢的科學家指出，由於編輯後的 DNA 序列可能會被逆轉，因此儘管經過大量努力進行特定的基因改造，這些改變往往是暫時的。這正是高彩霞和她的團隊介入的地方。他們專注於基因組編輯技術，尤其是農業方面，重新設計和優化編輯策略，以克服這些挑戰，最終導致新方法的出現，顯著推進了該領域的發展。
這種新的 PCE 技術提供了對 DNA 片段的精確操控，其效率比原始酶編輯器高出超過 3.5 倍，並消除了傷痕，最小化了逆轉的風險。過去，科學家需要編輯 1,000 顆種子才能找到一顆具有所需特徵的種子，而改進後的工具現在將這一數量減少到僅需 100 顆，顯著減輕了研究人員的工作負擔。此外，預計 PCE 系統最終將取代全球實驗室中現有的 Cre-Lox 系統，為醫學研究和農業工程引入更高的效率。這一技術的進步不僅為基因編輯領域帶來了新的可能性，也可能改變未來的生物醫學和農業實踐。
