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“最”榜单:2017年,这些创新技术让人印象深刻!

2017/12/27 来源:生物探索
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导读
2017年即将落幕,来一波“年终盘点”肯定是必要不过的。近日,《The Scientist》杂志推出“Top Technical Advances in 2017”的盘点,筛选出这一年里生物领域最让人印象深刻的创新技术,包括“非天然”碱基、DNA“折纸”、“自动版”膜片钳、人工造血干细胞……


CRISPR“大升级”

自诞生之际,“魔剪”CRISPR就一直深受实验室“热衷”。2017年,围绕它的研究除了优化器精准编辑技能之外,还大大拓宽了其应用范围,被赋予新的功能:


Credit: © vchalup / Fotolia

编辑RNA

由Broad研究所的张锋带领的研究团队将一种编辑RNA的酶融合到靶向RNA的Cas蛋白上,实现了对细胞内特定RNA编辑的可能。这一可编辑RNA单个剪辑的全新基因编辑系统技术被称为“Programmable A-to-I Replacement”(REPAIR),它有望在不改变基因组的前提下治疗疾病。

(参见生物探索报道:张锋Science再抛重磅:“魔剪” CRISPR可用于编辑人类细胞RNA单个碱基)

单碱基编辑人类胚胎


ISTOCK, DR_MICROBE

2015年,来自于中山大学的中国科学家黄军就团队“首开先河”,第一次将CRISPR技术应用于人类胚胎,试图治疗一种常见的儿童遗传病——地中海贫血症。这一尝试让基因编辑迅速发展成为焦点,并引发了一场伦理学上的激烈争论。

2017年9月23日,黄军就团队再次在《Protein and Cell》在线发表了最新进展,证实利用单碱基编辑系统可以纠正胚胎基因组中引发β-型地中海贫血的单碱基突变。虽然最终产生的胚胎是嵌合型的(意味着有的细胞未能被编辑),但是它依然比传统的编辑技术更为安全,因为单碱基编辑并不会切断DNA。

纳米颗粒运输

基因编辑技术的应用有很多难点,筛选安全有效的运输系统是其中之一。11月,来自于加州大学伯克利分校的研究团队开发出一种特殊的纳米颗粒,负责包裹CRISPR系统并将其运输至靶向细胞内。这是一种有效的非病毒式递送机制,在小鼠模型试验中,这一联合能够矫正杜氏肌肉萎缩症小鼠的致病突变。

另外,今年年初,清华大学谭旭研究组与美国俄亥俄州立大学董一洲研究组合作,也曾开发出基于脂质纳米颗粒的CRISPR/Cas9递送系统,能够在体内递送CRISPR/Cas9至肝脏,并在sgRNA的引导下靶向切割外源或内源致病基因,从而达到治疗肝病的目的。

“非天然碱基”可细胞中运作


ADAPTED FROM AN IMAGE BY DENNIS SUN, MEZARQUE DESIGN

今年,来自于美国Scripps研究所的科学家们开发出了首个利用“非天然存在的碱基”合成蛋白质的细菌。打破传统的遗传碱基(A、T、C、G)模式,研究团队第一次证实:非天然存在的碱基——X、Y——能够在活细胞中被用于合成蛋白质。哈佛医学院的“遗传学大牛”George Church评价这项工作为“探索生命基础材料的里程碑”。

(参见生物探索报道:里程碑!Nature:首次证实使用“非天然碱基”可在活细胞合成蛋白质

自动化“膜片钳”监测神经元


图片来源:FIRSTSIGNAL

为监测大脑中特定神经元的电流活动,科学家们开发出一种技术:双光子靶向膜片钳技术(two-photon targeted patching,TPTP),结合双光子显微镜、基因操作表达荧光标记技术,是研究神经细胞的“黄金标准”。但是很少有人能够操作这一棘手的技术。

2017年,来自于麻省理工学院、伦敦大学学院的两支研究团队分别在《Neuron》期刊发表了一种自动化版本的TPTP——引导一移液管进入特定神经元内实现全自动化地监测。

DNA“折纸”


图片来源:钱璐璐教授课题组 / 加州理工学院

2017年下半年,来自于加州理工学院的钱璐璐团队在DNA上“玩”出新花样:利用DNA制造出一种新型的机器人,充当“搬运工”,负责组装化学分子、探索特定疾病信号、药物传递等;开发一种成本低廉的“DNA折纸”技术,促使DNA重新自我组装的完全自定义的结构,可以达到纳米级,从而在生物传感、药物传递、分子学研究等多个领域广泛应用。

利用“DNA折纸”技术,钱璐璐团队创造了世界上最小的“蒙娜丽莎”画,以及细菌、公鸡图案。

人工造血干细胞


图片来源:网络

今年5月,来自于波士顿儿童医院、纽约康奈尔医学院的研究团队分别在实验室培育出人工造血干细胞,为需要骨髓移植的白血病人提供了希望。其中,康奈尔医学院的干细胞生物学家Shahin Rafii Weill团队将小鼠的成熟细胞转变成了完全功能的造血干细胞。波士顿儿童医院的干细胞生物学家George Daley团队将成人皮肤细胞重新编程为和血液干细胞起同样作用的人类细胞。

(参见生物探索报道:2篇Nature同时报道获得人工造血干细胞

活细胞采样


Credit: © GEORGE RETSECK

很多实验室都需要分析单细胞的基因表达、蛋白水平等数据,但是却面临一个问题:细胞会被杀死。现在,来自于斯坦福大学的Nicholas Melosh团队开发了一种提取技术“nanostraw extraction”,能够从细胞中提取蛋白质、mRNA等物质,并保证细胞的活性。他们利用一种纳米级吸管吸附于细胞膜上,当电流通过吸管传递给细胞,吸管会在细胞膜上短暂性地打开一个小孔,从而促使细胞内容物流出。

备注:文章部分内容参考自BioArt、药明康德。

参考资料:

Top Technical Advances in 2017

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