多重靶向纳米递送系统为CRISPR/Cas9体内编辑提供输运工具

<正>CRISPR/Cas9系统是近年来发展起来的一组强大的基因编辑工具.CRISPR/Cas9系统可以对哺乳动物细胞进行基因编辑~([1]).CRISPR/Cas9由两部分构成,一部分是可以对DNA序列进行酶切的Cas9内切核酸酶,它可以引起靶标DNA的双链断裂;另一部分为引导RNA(guide RNA,gRNA),它可以特异性识别并结合DNA靶序列.在gRNA     

基因编辑技术:一场正在进行的革命——伊曼纽尔·查朋特访谈录

<正>2012年,伊曼纽尔·查朋特(Emmanuelle Charpentier)在研究中与他人共同发现了CRISPRCas9系统:一个正在改变着基因组学、遗传学和基因工程领域的工具。CRISPR-Cas系统是由RNA和蛋白质构成,可以识别入侵病毒DNA并可将其分解(CRISPR表示成簇规则性排列的短回文间隔重复序列,用于描述基因的排列方式)。对于许多细菌和古细菌而言,该系统就相当于一个有效的免疫系统,可以广     

CRISPR/Cas工具的开发和应用

CRISPR/Cas系统是细菌、古菌抵抗外源DNA或RNA入侵的免疫系统,细菌和古菌通过crRNA和Cas蛋白识别靶标DNA或RNA,并切割这些外源入侵核酸.目前, CRISPR/Cas系统已广泛应用于基因编辑领域,多种Cas蛋白的发现扩宽了CRISPR/Cas编辑基因的范围.如Cas9和Cas12可在基因组上靶向插入或删除DNA序列; Cas13和RCas9可靶向切割RNA.另外,多种Cas衍生工具的开发让CRISPR/Cas系统发挥更多的功能.如基因编辑方面,通过base editor可进行DNA单碱基编辑,通过prime editor可进行DNA单碱基编辑和小片段插入缺失;如基因表达调控方面,通过CRISPRa和CRISPRi可以激活或抑制基因RNA表达.同时, CRISPR/Cas系统还广泛应用于功能基因遗传筛选、基因检测、活体成像、细胞谱系示踪等多个领域.随着CRISPR/Cas基因编辑工具的不断开发,将不断促进科学研究进展,并有望通过CRISPR/Cas介导的基因治疗为患者带来福音.     

基因剪刀剪掉HIV病毒

<正>科学家开发了一种最新联合疗法,将持续递送抗逆转录病毒的给药系统与CRISPR-Cas9基因编辑技术相配合。这种疗法首次从活体动物的基因组中消除了HIV-1的DNA,标志着在开发新疗法,治愈人类HIV病毒感染的征途上迈出了关键一步。与早期的基因疗法不同,CRISPR可精确定位特定基因。在最新一项用CRISPR和一种高效的普通ART药物同时打击病毒     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在脑科学中的应用策略

基因编辑是对生物体基因组的目标基因进行精确切割、插入等操作.CRISPR/Cas9技术是基于向导RNA识别DNA靶序列,Cas9蛋白作为核酸酶切割DNA靶点来实现基因编辑.该技术自2012年报道以来已被不断改进,因具有普适、高效、简便等优点,迅速成为现阶段应用最广的基因编辑技术.在脑科学领域,CRISPR/Cas9技术不仅可应用于离体神经细胞,也可以在受精卵期、胚胎期或成年期应用;应用目的涉及脑基因与功能研究、基因敲除/敲入小鼠模型的构建、某些疾病的实验性治疗等.尤其是在一些遗传性疾病如视网膜色素变性、亨廷顿病的动物模型上,CRISPR/Cas9方法已经初步展示了令人鼓舞的治疗效果.未来,该技术将会在精确编辑效率与可控性方面有进一步提升,并可能在脑定向导入方法、脑神经环路解析等专业应用环节获得显著的发展.     

CRISPR专利环境的不确定性

<正>CRISPR-Cas9知识产权的专利战与这一技术本身一样,是一段颇具传奇色彩的微妙故事。2012年5月,加利福尼亚大学(UC)伯克利分校为生物化学家詹尼弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和维也纳大学的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)开创性的细菌CRISPR-Cas9基因编辑系统申请了专利,他们在观察研究中发现,该系统可通过重新编程向导RNAs靶向到不同的DNA序列。之后,博德研究所(隶属于麻省     

AI找到了新的CRISPR基因编辑系统

<正>规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR）技术面临一个问题：资源多得让人为难。自从这种基因编辑系统声名鹊起以来,科学家一直在寻找具有更高精度和准确性的变体。一种搜索方法是在细菌和其他生物的DNA中筛选与CR ISPR-Cas9相关的基因。另一种方法则是在实验室中人工改进CRISPR组件,使其具有更好的治疗功能——比如让它们在人体内拥有更高的稳定性、安全性和效率。     

CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在农作物品种改良中的应用

CRISPR/Cas是存在于细菌及古细菌中成簇的、规律间隔的短回文重复序列及其核酸酶系统,是细菌和古细菌中破坏噬菌体与外源DNA的免疫防护机制.科学家将该免疫防护机制改造成了简便高效的基因组编辑工具,并在微生物、动物及植物的基因功能解析及改良方面取得了巨大的进展.本文先对基于CRISPR/Cas开发的植物基因组编辑工具,如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas介导的同源重组、胞嘧啶碱基编辑器、腺嘌呤碱基编辑器、双碱基编辑器和引导编辑器等进行介绍,接着详细阐述了在作物分子育种中越来越重要的DNA-free CRISPR/Cas植物基因组编辑技术,然后探讨了CRISPR/Cas基因组编辑技术在提高作物产量和品质、提高作物对生物及非生物逆境抗性、从头驯化及定向改良等方面的应用,分析了CRISPR/Cas植物基因组编辑技术的发展趋势、促进该技术应用的国家政策导向及社会环境,以便更好地促进CRISPR/Cas基因组编辑技术在农作物品种改良中的应用,助推我国种业振兴和藏粮于技战略的实现.     

对话周琪:华盛顿共识

正基因编辑技术的飞速发展,特别是近年来CRISPR技术的广泛应用,使得人类拥有了前所未有的改变和修饰基因组的能力.CRISPR技术来源于细菌本身对抗噬菌体的"免疫系统".这项技术利用单链引导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白,可以在体内和体外简单、迅速、低成本实现基因编辑.2012年以来,CRISPR技术已经广泛地被全球应用于各个实验室,进行几     

全球首例基因编辑人体临床试验在中国进行

正由四川大学华西医院的肿瘤学家卢铀领导的团队,从8月份起,开始在肺癌患者身上测试CRISPR-Cas9细胞,并将成为首个把CRISPR-Cas9基因编辑技术修饰的细胞注入人体的国家。据悉,这项临床试验将招募化疗、放疗等常规治疗无效的转移性非小细胞肺癌患者,从患者血液中采集T细胞,然后使用CRISPR-Cas9技术来敲除细胞中的一个基因。经过基因编辑的细胞会在实验室进行培养增殖,     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA)，调控不同基因的转录水平，以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇，据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展，研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录，提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理，以及相关的荧光探针标记方法，并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展，最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

酶的研究与生命科学(三):分子生物学酶的发现和应用

20世纪下半叶,分子生物学取得迅猛发展,分子生物学酶的发现和应用在其中发挥了巨大的推动作用。DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆转录酶、限制性内切酶和端粒酶等的鉴定和功能阐明拓展了对许多生命现象的理解和认识。这些酶的应用还衍生出重组DNA、桑格酶法测序和聚合酶链式反应等技术,在基因操作、DNA测序和扩增等方面具有广泛应用。通过介绍分子生物学酶的研究历程展现了酶的发现和应用对当代生命科学研究仍有重要意义。     

严谨实验结果现真知——中国学者成功解开基因编辑脱靶疑团

基因编辑技术在修复致病突变与种质改良方面都有重要的发展前景,被广泛使用于基础与应用研究中。该技术的真实脱靶率一直存在争议,严重阻碍了其发展。2019年3月,杨辉、高彩霞分别领导的两项研究终于揭示了脱靶的奥秘,其成果同时在《Science》发表。在小鼠与水稻中的研究一致发现:胞嘧啶编辑器会造成严重的点突变,而腺嘌呤编辑器与经典的CRISPR/Cas9技术没有明显的脱靶效应。文章综述了脱靶的疑团为何长期未解,最新研究是如何通过构建严谨的实验对照实现了精密的脱靶检测并得到严谨的数据与结论,同时初步讨论了在风险未能排除之前,人类必须谨慎开展人体临床试验。     

DNA vs. RNA:到底谁说了算

中心法则是现代生物学的理论基础之一。绝大部分生命体将遗传信息储存在DNA中,遗传信息通过转录流向RNA,再通过翻译流向蛋白质。随着研究的深入,人们逐渐认识到RNA不只充当了遗传信息由DNA流向蛋白质的桥梁,RNA层面的转录后调控过程还对基因表达进行了更为精准高效的调节,RNA在中心法则中的核心地位越来越突出。在转录后调控过程中,RNA修饰起到了至关重要的作用。对RNA修饰及其修饰酶、脱修饰酶和结合蛋白的研究已成为一个引人瞩目的新方向——RNA表观遗传学/表观转录组学。N~6-甲基腺嘌呤(m6A)是目前研究最为深入的RNA修饰。本文着重介绍m6A修饰对干细胞的分化过程的调控,对病毒侵染宿主和自我复制过程的影响,以及m6A在果蝇性别决定中起到的关键作用。RNA修饰对于其他各种生命过程的影响也在不断地被揭示出来,预示着RNA修饰的研究必将深刻地影响医疗、制药,乃至农业的发展。     

人源大麻素受体的结构生物学研究

据史料记载,早在公元200年前中国已将大麻（cannabis）用于镇痛及其他疾病的治疗,随后人们在娱乐和宗教活动中也开始使用大麻。随着科学技术的不断进步,大麻中的多种活性成分被逐步鉴定出来,其中就包含具有精神活性的四氢大麻酚（Δ9 -tetrahydrocannabinol, Δ9 -THC）。这些活性成分是一类结构和功能多样的化学物质,统称为大麻素 （cannabinoid）。20世纪90年代初期,科学家们发现人体和一些动物体内存在一类内源性大麻素系统,该系统参与调控体内的多种生理过程,其中包含内源性大麻素和大麻素受体（cannabinoid receptor）。目前人体中已知的大麻素受体属于G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor, GPCR）,主要包含大麻素受体亚型I（cannabinoid receptor type 1, CB1）和大麻素受体亚型II（cannabinoid receptor type 2, CB2）,其中CB1主要分布在中枢神经系统,而CB2在外 周免疫系统中高量表达。它们介导的信号通路与多种疾病密切相关,是非常重要的药物靶标。大麻素主要包括植物性大麻 素（phytocannabinoids）、内源性大麻素（endocannabinoids）和合成型大麻素（synthetic cannabinoids）等三大类。文章回顾了大麻及大麻素的历史,总结了大麻素受体CB1和CB2的结构与功能研究进展,以及它们在学习与认知、情 绪、肥胖、疼痛及免疫等相关疾病治疗中的应用前景。     

基于DNA/RNA的逻辑门与逻辑运算

DNA和RNA具有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力. 利用DNA/RNA分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域, 引起了研究者的广泛关注. 本文介绍了利用DNA/RNA分子的酶活性、结构特性来构建逻辑门的方法, 探讨了将单一逻辑门整合成复杂的逻辑运算的途径. 并且对于DNA/RNA逻辑门在体外检测和体内诊疗等生物医学中的应用进行了介绍, 提出了未来的发展方向.     

黄芪多糖的免疫促进作用

黄芪(Astragalus mongholic Bunge)是一种常用的扶正中药,具有补气固表、托毒排脓等增强机体抵抗力的作用。我所从黄芪根中提到一种多糖化合物(以下简称APS),为葡萄糖和阿拉伯糖的多聚体,为类白色水溶性粉末,具有较强的生物活性,有关它的化学研究将另文发表,现将其药理实验结果报道如下。     

基于磁小珠-DNA-碳纳米管三明治组装体的光散射信号检测丙型肝炎病毒基因序列

基于碳纳米管光散射和磁小珠易分离特性, 以丙型肝炎病毒的一段相关基因序列为实例, 通过检测磁小珠-DNA-碳纳米管组装形成的三明治结构产生的光散射信号建立了一种简便、快速、灵敏、免标记检测病毒基因序列的方法. 由于单链DNA能通过π-π共轭缠绕在多壁碳纳米管表面, 而双链不能, 因而将丙肝病毒的一段相关DNA探针通过共价偶联修饰的磁小珠就能与多壁碳纳米管结合形成三明治结构, 而当有靶物DNA存在时, 因修饰在表面的DNA探针与靶物DNA进行特异性杂交阻碍三明治结构的形成. 测定通过磁性分离三明治结构后上清液的光散射信号, 发现在295 nm处的光散射强度与1.0×10^-6~4.0×10^-8 mol/L靶物DNA呈现良好的线性关系, 检测限(3σ)为40 nmol/L (n=10).     

基于合并电源60044-7/8与61850-9-2传输协议在智能变电站中应用的研究

变电站自动化建设是我国电力系统近年来重点建设项目,由此各种新技术和方法在智能变电站中得以广泛应用。文章对基于合并电源60044-7/8与61850-9-2传输协议在智能变电站中应用进行了探讨,分析其应用情况,这对提高智能变电站建设水平有着重要的现实意义。