基因编辑技术研究进展与挑战

基因编辑技术是指对基因进行修饰而获得新的特征或功能的技术,当前研究最多的是始于2012年的第三代CRISPR/Cas9基因编辑系统及相关技术,其他近几年新兴起来的基因编辑系统包括单碱基基因编辑技术、引导编辑技术、RNA编辑技术等。基因编辑技术近年来蓬勃发展,技术本身得以不断改进,新成果加速涌现。基因编辑系统已在疾病治疗、作物育种、工业微生物设计、病毒核酸检测等领域开展了大量的应用研究,展现出良好的应用前景,特别是用于癌症、心脑血管疾病、遗传性疾病的治理方面引起极大关注。美国是全球基因编辑论文产出最多、处于合作网络中心的国家,中国位居第二,中美两国合作最为紧密。论文数最多的前10家机构中,有6家来自美国,哈佛大学全球第一,中国科学院位居全球第二。尽管基因编辑技术研究与应用快速发展,但是基因编辑技术仍然面临脱靶、伦理和安全性等争议与挑战。本文最后为我国发展基因编辑技术提出了4点建议:第一,强化规划引领,高度重视加强基因编辑基础理论与方法研究;第二,强化规范监管,科学引导重视基因编辑应用;第三,强化伦理规范研究,完善基因编辑监管法律政策体系;第四,大力支持作物基因编辑产品研发。     

基因学(Genics)--未来的新兴学科

遗传学的发展是从Heredity(以生物外部表现型为主的数量遗传研究）→Genetics(以生物体内染色体为主的细胞遗传研究）→Genics(以染色体上核酸为主的分子遗传研究）,基因是研究的核心。在二十世纪,在理论方面,基因的结构、功能和概念不断扩展,由单基因→基因家庭→基因簇→同源框基因→基因组学,在应用方面,从基因工程→基因克 隆→转基因→基因沉默→基因流→转基因安全性的研究,有了飞跃性的发展。基因研究已渗透到各个科学领域,出现了后基因组学,功能基因组学,蛋白组学,功能蛋白组学,功能酶学,生物信息学,生物计算机,药物基因组学,疾病基因组学,工业基因组学,转基因（食品）安全性,基因流,环境基因学等新的基因研究方向。基因产业和基因经济将会成为二十一世纪经济发展的新生点。基因学将在二十一世纪走向更加成熟和完善。     

针对DNA合成的生物安全活动建议

正从2002年科学家展示了创建完整病毒基因组的方法以来,DNA合成技术已变得越来越容易获得,其应用也日渐广泛。DNA编辑和合成的新方法使操作生物制剂和系统变得更加容易,发生灾难性意外事件或蓄意发生生物事件的风险增加。防止恶意行为者有意或其他用户无意中滥用DNA合成技术来制造病原体或毒素DNA的问题变得越来越重要。核威胁倡议协会(Nuclear Threat Initiative,NTI)和世界经济论坛(World Economic Forum,WEF)于2020年1月9日发布《生物安全创新和减少风险:可获取、安全和可靠的DNA合     

面向未来互联网的智慧制造研究现状与展望

现代集成制造已成为融合社会、经济、人文等方面在内的复杂大系统,而社会系统、信息系统、物理系统融合是当今制造业的发展趋势.智慧制造作为未来互联网的四大支柱或"四网"(人际网、物联网、务联网、内容/知识网)与先进制造技术融合而成的一种人机物协同的智能制造新模式——社会-信息-物理-生产系统受到广泛关注,因而很有必要对如此新...     

介电泳技术在生物信号检测和相分离阻变材料中的应用

介电泳是操纵微纳米级粒子的强大工具,已经在生物细胞和无机微粒的分离、检测、操控方面得到了广泛的应用.本文突破对介电泳技术的传统定位,简要介绍介电泳效应的两例新的应用.首先是和新兴的纳米孔技术结合,利用介电泳的富集效应,在微纳环境下对单分子行为进行操控,解决目前纳米孔基因测序面临的通量低等难题.其次在某些相分离固体材料中,介电泳可以通过调节电子相的几何结构引起渗流,从而实现电致阻变效应.这些研究不仅扩大了介电泳技术的应用范围,且具有多学科技术交叉融合的特点,为生物检测技术的开发创新以及新型功能材料的设计提供了新的思路.     

小麦转基因研究现状及展望

自二十世纪八十年代开始研究转基因植物以来，小麦作为世界主要粮食来源，其转基因遗传改良受到科学家的广泛关注。目前国内外已有近200例外源基因，主要是抗除草剂类基因、抗病虫基因、品质基因、抗旱耐盐等抗逆基因、雄性不育类基因等，通过基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法等技术转入小麦的报道。从转单基因到进行多基因组装，从改良各种生物胁迫和非生物胁迫的抗逆性，到改良品质、高产等生理和农艺性状，是未来转基因小麦的研究方向。本文就近二十几年来转基因小麦研究进展及存在问题进行了全面系统的综述和探讨。     

《人类基因组编辑:科学、伦理和监管》报告提出监管的一般性原则

<正>2017年初,人类基因组编辑委员会发布一份题为《人类基因组编辑:科学、伦理和监管》的综合性报告,在总结基因编辑现状的基础上,提出人类基因组编辑监管的7个一般性原则。促进福祉原则:支持提供福利和防止对受影响者的伤害。遵循这一原则的责任包括:(1)研究应有利于促进个人健康和福祉,如治疗或预防疾病的人类基因组编辑技术,同时降低在早期应用于人体时存在的高度不确定性风险;(2)对人类基因组编辑的任何应用都应合理平衡风险和利益。     

基于微纳制造的下一代基因测序系统研究现状与展望

基因是遗传的基本单元,是DNA或RNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列,它不仅与生物体的生、老、病、死等一切生命现象直接相关,也是决定生命健康的内在因素,下一代基因测序仪的研制目标是希望能够将基因测序的成本大幅度降低,测序速度快速提高,推进基因组技术的个性化医学走向现实,基于固体纳米孔的基因测序是最有可能实现高通量的物理测序技术,但目前面临生物分子电信号的信噪比低、生物分子过孔速度太快以及生物分子在纳米孔内的输运规律缺失等挑战,设计多模式纳米孔传感器,通过多模式信号交叉对比,同时降低纳米孔长度等方法,是提高检测灵敏度的有效方法,借鉴生物纳米孔对DNA过孔速度的控制,利用磁场、声叉等外力场可以为单碱基的辨识奠定基础,当纳米通道的几何尺寸小于双电层厚度时,基于连续理论的泊松-玻尔兹曼方程和纳维-斯托克斯方程将面临挑战,建立纳通道内生物分子输运规律将丰富流体力学的研究内容。     

光驱动Pseudomonas stutzeri-CdS半人工光合系统固氮产氨效果与机制

基于微生物-半导体的半人工光合系统能高选择性、高效地利用太阳能驱动微生物固碳、产氢及反硝化,受到了广泛的关注.然而,利用半人工光合系统驱动微生物固氮产氨却鲜见报道.本研究成功构建了Pseudomonas stutzeri-CdS(P. stutzeri-Cd S)半人工光合系统,其具有捕获光能并还原N_2成氨的能力.光照时, CdS产生的光电子传递至胞内,参与P. stutzeri固氮过程.结果显示,光照5天后, P. stutzeri-CdS系统中NH_4~+的产量达(2.03±0.07) mg/L,是对照组的2.91～7.37倍.光照系统表现出了明显的乙炔还原酶活性,产生的乙烯量是对照组的6.2～100倍,证明了P. stutzeri-CdS光照过程中的固氮酶活性.同时,实时荧光定量PCR技术进一步证实了光照时, P. stutzeri-CdS中固氮酶基因nifA, nifD, nifH, nifK的相对表达丰度呈显著上调(1.41～2.35).蛋白酶K添加处理实验表明,该系统中胞外光电子传递至胞内不依赖于胞外蛋白,可能为小分子氧化还原介体介导的传递过程.本研究为发展高效、经济、绿色的氨生产提供了一种新思路,为理解自然界的氮循环过程提供新视角.     

欧盟综合能源系统2020—2030年研发路线图及其启示与建议

多能融合、互补利用的综合能源系统是实现能源转型目标的关键,近年来欧盟在这一领域的规划和布局尤为突出,于2018年制定了到2050年综合能源系统的发展愿景,并于2020年提出了《综合能源系统2020—2030年研发路线图》,明确了未来十年的研发路线。本文从提出背景、经费预算、重点研发领域等方面,对欧盟综合能源系统研发路线图进行梳理,总结欧盟未来综合能源系统的主要构成、关键要素以及研发重点,提出我国发展清洁、低碳、安全、高效的多能融合系统的战略建议:构建符合国情的多能互补智慧能源系统;制定完善的短、中、长期研发战略规划框架;建立高效的研发创新组织体系;开发以用户为核心、灵活自主的区域能源社区;构建适用于未来能源系统的高度灵活能源市场;在综合能源系统中深度融合数字化技术。     

生物医学研究热点及意义

生物医学研究是目前发展最快、令人振奋的科技领域。本文概述了生物医学的发展趋势，并对生物医学前沿领域的研究热点，如基因组、蛋白质组、细胞信号转导机制、干细胞研究、神经科学研究、生物信息学等进行了分析。对生物技术领域的研究热点，如生物芯片技术、高效基因转移系统技术、组织工程技术和干细胞定向分化技术、基因敲除和敲入技术、克隆技术等进行了综述。提出研究中应该注意针对研究热点选题，注意多学科交叉和集团作战，同时注意知识产权保护。     

与CMOS相容的嵌入式NVM技术

嵌入式NVM增强片上系统的功能和灵活性。对只需有限密度有限性能的嵌入式NVM的应用,传统的浮栅/SONOSNVM成本昂贵。与CMOS相容的嵌入式NVM技术是当前工业界的成功解决方案,并在诸如模拟技术微调应用中的位元级一直到数据或代码储存的千位元等级取得越来越广泛的应用。本文描述了与CMOS相容的嵌入式NVM技术的基本原理及特性,并简要介绍了工业界几种具代表性的与CMOS相容的嵌入式NVM技术。本文重点分析了我们在技术研发中遇到的独特的挑战及其解决方案。实验结果证明我们的方案有效地解决了面临的问题。     

合成生物学市场全球格局分析

<正>在过去几年的时间里,合成生物学研发吸引了越来越多公司的投资,新的基因编辑技术的应用前景进一步促进了合成生物学研究的发展,传统药品正被遗传工程产品、DNA测序和DNA合成技术所取代。虽然合成生物学市场还面临诸如政府管理规章和政策、生物安全与生物安保问题、生物武器等潜在风险和阻碍,但这些问题正被监管机构和研发机构加以解决。合成生物学市场利用高级计算和设计系统完全改变了传统对     

RNA干扰靶向沉默COX 2基因对MG 63骨肉瘤细胞生物学特性的研究

目的 通过构建小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)降低MG 63骨肉瘤细胞环氧合酶 2(COX 2)基因的表达,并进一步研究其对MG 63骨肉瘤细胞增值、侵袭、迁移能力的影响及分子机制。方法 设计靶向干扰COX 2基因的siRNA,通过脂质体转染MG 63骨肉瘤细胞,使其抑制MG 63骨肉瘤细胞COX 2基因的表达,后采用噻唑蓝(MTT)比色法、Transwell小室实验研究其对MG 63骨肉瘤细胞增殖、侵袭、迁移能力的影响,采用RFQ PCR和Western blot分别从基因和蛋白的水平检测MG 63骨肉瘤细胞侵袭性相关因子基质金属酶(MMP 9)的表达及血管内皮生长因子(VEGF)的表达。结果 转染MG 63骨肉瘤细胞后,实验组与阴性对照组和空白对照组比较,通过RFQ PCR和Western blot检测COX 2基因表达降低约90%(P0.05),MTT检测MG 63骨肉瘤细胞增值能力明显受到抑制(P0.05),Transwell实验检测MG 63骨肉瘤细胞侵袭、迁移能力明显下降(P0.05),经RFQ PCR、Western blot检测侵袭性相关因子MMP 9和血管内皮生长因子VEGF的mRNA及蛋白表达降低(P0.05)。空白对照组和阴性对照组比较无明显变化,差异无统计学意义(P0.05)。结论 人MG 63骨肉瘤细胞COX 2基因被抑制后,MG 63骨肉瘤细胞增值、侵袭、迁移能力明显下降。     

单分子化学与物理

单分子科学的概念是在扫描探针显微镜、激光镊子和其他相关光谱法在纳米级或分子级研究中的应用中发展起来的。我们在此对近来单分子化学和物理的进展作一评论性的回顾，并主要介绍单分子化学和物理的概念以及单分子表面研究、单分子光谱检测、单原子和/蜮分子操纵、单分子荧光法、激光摄子、生物分子的力学研究，以及所谓单电子效应和单电子器件的进展情况。本文最后强调了单分子科学和技术的重要性。     

医学领域颠覆性技术发展现状、问题及展望

近年来，人工智能、基因编辑、生物3D打印、诱导多能干细胞、合成生物学等新兴技术备受关注，并逐步运用至临床医学领域，给许多疾病的诊治带来了新方法。这些技术因其独特的优势正在取代或者已经取代传统医疗技术，对现有诊疗理念具有颠覆性的意义。医学领域颠覆性技术的发展，不仅改变了现有的诊疗方式，还改变了现代医学的思维方式。现代医学正逐步向多技术、多学科交叉融合方向发展，并不断孕育新的颠覆性技术。然而，在这些新兴技术进步的同时也产生了很多的问题。本文综述了现代医学中几个代表性颠覆性技术的发展现状，同时对伴生的安全问题进行了浅析及展望。     

生物科技领域国际发展趋势与启示建议

近年来,生物技术进展日新月异,突破性成果不断,展现出巨大的发展潜力。合成生物技术、基因编辑技术等前沿新兴技术的应用范围不断扩展,新型测序技术为生物资源挖掘利用提供了支撑,多学科交叉为人类解决问题提供了新思路。本文在梳理各国重大战略规划和政策措施,综述生物科技领域研究与发展趋势的基础上,针对我国发展生物经济、促进科技强国建设、加强新兴技术监管等方面提出了相关建议。     

人类基因组单体型图计划及其"中国卷"

国际人类基因组单体型图计划是针对亚、非、欧裔全基因组中的一百万或更多的单核苷酸序列差异位点进行测定和分析,构建出整合了人类遗传多态信息的每条染色体的“单体型图”,为疾病相关的基因研究提供全球共享的最基本数据。在这一多国参与的重大国际合作项目中,中国将做出10％的贡献,其具体内容为构建3号、21号染色体和8号染色体短臂的单体型图以及提供一半的亚洲样品。中国团队确定的平台技术有基于引物延伸方法的Sequenom的质谱检测系统和PerkinElmer的荧光偏振检测系统以及基于分子杂交原理的Illumina的光纤磁珠检测系统。     

姜黄素、维拉帕米联合应用逆转胃癌细胞株 SGC7901/ADR多药耐药性的研究

目的本研究探讨姜黄素、维拉帕米联合应用对胃癌耐药细胞株 SGC7901/ADR多药耐药的逆转作用及可能机制.方法采用 MTT法进行药物敏感试验,RT PCR法检测多药耐药基因 MDR1mRNA水平的变化,免疫荧光法和 Westernblot法检测 MDR1基因蛋白产物 P gp的表达部位及表达水平的变化.结果采用非细胞毒性剂量20μmol/l的姜黄素、20mg/l的维拉帕米可以使SGC7901/ADR细胞对盐酸阿霉素的药物敏感性明显增加,同时可以使 SGC7901/ADR的 MDR1基因表达水平和 P gp糖蛋白表达降低,两者联合使用效果更显著.结论姜黄素与维拉帕米两者在逆转胃癌细胞系 SGC7901/ADR多药耐药性方面具有协同作用,其机制可能与下调 MDR1基因表达及降低 P gp水平有关     

污染胁迫下的蛋白质组学研究

近年来,以双向电泳技术、生物质谱和生物信息学为核心的蛋白质组学技术飞速发展,其大规模高通量的特点,使得这项技术逐渐在环境科学领域,尤其是对污染胁迫下差异蛋白表达和污染物特异性的生物标志物的筛选研究中得到了广泛的应用。本文简要介绍了蛋白质组学的基本概念和技术方法,对蛋白质组学在微生物、植物和动物对于无机污染物和有机污染物胁迫的响应机制和分子生物标志物探究等方面的研究进展进行了概述,并对蛋白质组学技术今后在生态环境领域的需求、应用与发展进行了展望。