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2011年世界生命科学技术发展回顾

2012/01/05 来源:科技日报
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导读
美 国 合成生物成就显著;世界上第一束生物激光问世;探索干细胞之源、分离出单个血液干细胞;揭示艾滋病病毒进入细胞核的机理、寻找抗病毒的新途径。 毛黎(本报驻美国)科学家们人工合成出两个染色体片断,并将其放入活酵母菌体内存活下来,未出现明显异常。这是首次成功合成真核生物的部分基

生物技术

美 国

合成生物成就显著;世界上第一束生物激光问世;探索干细胞之源、分离出单个血液干细胞;揭示艾滋病病毒进入细胞核的机理、寻找抗病毒的新途径。

美国科学家人工合成出两个染色体片断,并将其放入活酵母菌体内存活下来,未出现明显异常。这是首次成功合成真核生物的部分基因组,是该领域里程碑式的成果。科学家计划在未来5年内以人造基因组取代酵母菌的所有基因组,让其进化出新菌株。

科学家通过抑制被致癌基因所编码的p53蛋白的表达,成功地将人体的皮肤细胞变为脑细胞,这表明癌细胞和干细胞或有相同起源。

美研究人员成功利用表达了绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞,产生了一种纳秒级的激光脉冲,用单个活细胞作为增益介质,制成首个活细胞激光器。利用其可分析最后得到的光来研究细胞和机体组织;亦可在以光照激发药效的疗法中增加效果。

在干细胞为人所知近50年后,科学家利用流式细胞技术,首次隔离出单个人类血液干细胞。

美国科学家首次使用由成人的皮肤及血液中提取的干细胞培育出成熟的肝脏细胞,并用其来治疗罹患肝硬化的老鼠,结果显示,这些细胞的表现可媲美正常的肝脏细胞。

科学家发现艾滋病病毒衣壳可与细胞核孔复合体上的Nup358蛋白绑定,进而让病毒进入细胞核与DNA结合。阻断该路径或将成为对抗艾滋病的新方法;研究人员找到了细胞因子SAMHD1蛋白,可有效干预病毒核酸的产生从而抑制骨髓细胞感染HIV;科学家发现将HIV病毒外膜中的胆固醇去除,能阻止病毒引发非特异性免疫反应。

同时,科学家意外发现能破坏HIV病毒的新化合物PD 404182,能在病毒感染细胞之前将其杀死。美研究小组开发出以腺病毒(AAV)为载体的基因疗法,能使小鼠肌肉细胞产生多种强效中和性HIV病毒抗体,保护它们免受感染;多家美国机构合作分离出了17种能广泛中和艾滋病病毒(HIV)变种的新抗体。

美国和日本科学家将抗猴艾滋病病毒的恒河猴基因和在紫外线照射下会发绿色荧光的水母基因注射到未受精的猫科动物卵子中,培育出3只转基因荧光猫都能对抗FIV。该研究可推动人类艾滋病疫苗及新疗法的研发。

科学家找到了传递细胞信号的第5个衔接蛋白,这将改变细胞生物学研究的面貌。科学家首次使用人造基因合成出可维持活细胞生长的人造蛋白质,其功能同自然界中存在的蛋白质相同,证明非天然的蛋白质也能维持天然有机体系统的生命。

科学家分离出5个甲型H1N1流感病毒抗体,可对抗过去10年出现的季节性H1N1流感病毒株、1918年“西班牙流感”病毒株及致命H5N1禽流感病毒株等。该成果有助研发出通用流感疫苗和一次注射即可终身免疫的疫苗。

美国斯隆凯特琳癌症中心开发的“vemurafenib”以及施贵宝制药公司研制的“Ipilumumab”抗体药物能减缓肿瘤恶化,显著提高晚期黑色素瘤患者存活率。

科学家在人类遗传物质中发现命名为“前核小体”的新物质,它是位于染色质和核小体之间的中间物质。

科学家找到了DNA的第7种、第8种碱基,并在人体胚胎干细胞和实验老鼠器官染色体组的DNA中发现了这两个碱基的踪迹,该发现对干细胞和癌症研究非常重要。

英 国

基因测序与新基因研究双丰收;发现多种新的致病基因;干细胞研究有新突破;疾病研究与治疗成果显著。

英国科学家参与完成的基因测序工作主要有:成功绘制出一种马铃薯的基因图谱;成功描绘出小鼠大脑基因活性的完整图谱。

英国科学家在寻找与人类疾病相关的致病基因成果颇多,主要包括:发现两个与特发性膜性肾病密切相关的基因――PLA2R1和HLA-DQA1;发现乳腺癌致癌基因――ZNF703;确认了29个与多发性硬化症相关的基因变异,其中多个基因与人体免疫系统有关;发现新的卵巢癌致病基因――RAD51D,称拥有该基因缺陷的女性及早切除卵巢或许是一种可行的防病手段;找到与运动神经元疾病相关新基因――C9orf72基因;确认了多个可导致精神分裂症和双相性精神障碍的遗传风险因子,并发现这两种精神病间存在着遗传重叠。

英国科学家在干细胞研究方面依然成果显著:使用Tβ4蛋白,成功地将小鼠心脏中的一种具有干细胞特性的细胞――祖细胞转换成心肌;利用实验鼠的卵细胞,在世界上首次成功培育出哺乳动物的单倍体胚胎干细胞;通过六个调控因子,成功地将诱导皮肤细胞等人体细胞重组成干细胞的速度提高,使获得干细胞的效率“提高了100倍”;培育出首批高纯度人体胚胎干细胞,成为科学家们用于治疗退行性疾病的干细胞“黄金标准”。

在疾病研究治疗方面:发现核磁共振成像扫描与脑脊髓液检测两种手段结合使用,可更有效诊断早期阿尔茨海默氏症;研发出一种能让药物突破血脑屏障的方法,将药物直接递送入大脑细胞内,从而攻克了治疗阿尔茨海默病、帕金森病和肌肉萎缩症的重大障碍;证实

安慰剂与反安慰剂效应确可对大脑的某一特定区域产生作用,并对最终疗效产生影响;开发出一种可识别结核杆菌的单克隆抗体,该抗体与干扰素结合使用可有效对抗肺结核感染;发现一种全新的“心肌修补”方法:通过注射特定的生长因子,修复心脏病发作带来的心肌损伤;利用分子生物学技术改造秋水仙素在细胞内的信号应答系统,使其能够特异性攻击肿瘤细胞;利用人的羊水和动物的胚胎细胞培育出人体肾脏;首次开发出一种由DNA制造的分子“笼子”,使其有望成为一种有效的药物递送新方法;探明人体内SAMHD1的蛋白质对抗艾滋病病毒的原理,有望在此基础上开发出新的艾滋病治疗方法。

生物技术1

俄罗斯

发现了人体酸碱调节蛋白;完成了包含2个基因片段的新基因结构构建;研制出一种可诊断出多种疾病的独特仪器。

俄科学家发现了人体酸碱调节蛋白,其调节功能类似于胰岛素,能使不同食物结构的人的体液维持在相似的正常酸碱范围内。该发现对于研究人体蛋白、人体重要器官以及人体酸碱值的形成意义重大,将有助于研制出治疗多种疾病的新一代药物。

完成了包含2个基因片段的新基因结构构建,其中一个是挑选出的用于杀灭癌细胞的基因片段,另一个是激发机体抗肿瘤免疫力的基因片段。该研究将能够杀死癌细胞的普通疱疹病毒 (HSVtk) 和粒细胞―巨噬细胞克隆刺激因子(GM-CSF)合成为一个基因载体,从而提高了在肿瘤细胞中基因重合的几率,为治疗肿瘤疾病提供了可能。

研制出一种可诊断出多种疾病的独特仪器。该仪器只需通过对一滴血进行化验,即可诊断出早期高血压、代谢综合征、肿瘤、神经性疾病等许多过去需要很长时间才能诊断的危险疾病。该仪器的工作原理基于对琥珀酸脱氢酶的活性分析。只需对少量患者血液进行检测,就能够获得琥珀酸脱氢酶的活性分析结果,从而为疾病诊断提供重要依据。

德 国

发现细胞中存在一种新的信号通道;发现13个冠心病的风险基因;研发出一种可以让所有光谱颜色都在细胞中受激发光的方法。

德国科学家发现细胞中存在一种新的信号通道,可根据细胞当前的代谢状态对蛋白进入线粒体进行调节。

通过对世界范围的2.2万名冠心病患者和6.5万名健康人的研究,发现13个冠心病的风险基因;研发出一种方法,可以让所有光谱颜色都在细胞中受激发光,因此可以用不同的颜色标记细胞,进而更加准确地观察细胞的生物学行为。

成功用合成材料5-氯尿嘧啶替换掉细菌中包含遗传信息的胸腺嘧啶,从而制造出新的细菌。

发现1347年到1351年在欧洲肆虐的“黑死病”是由一种目前已经灭绝的鼠疫耶尔森氏菌导致的。科学家们还破译并完整重构了该病原体的基因组。

提出了另一种治疗老年痴呆症的新途径:通过激活特定的传输蛋白可以在致病蛋白造成伤害之前将其排出大脑外。

利用核磁共振(NMR)谱发现热休克蛋白HSP90和p53蛋白相互作用的两个结合位点和作用机制。

加拿大

合作发现了第5种衔接蛋白;首次隔离出单个人类血液干细胞;发现一种称为PML的分子可以限制癌细胞自身复制的次数。

加拿大科学家与英国同行合作发现了第5种衔接蛋白。学界长期认为,4个衔接蛋白参与了细胞内外以及周围信息的整合与传递。但现在,科学家们找到了第5个衔接蛋白。这一发现将修改教科书并改变细胞生物学研究的面貌。

首次隔离出单个人类血液干细胞,其能让整个血液系统再生。最新突破能让科学家更有效地治疗癌症和其他疾病。加科学家隔离出的这个单细胞能制造出整个血液系统,这是干细胞在临床应用领域发挥其最大潜能的关键。最新发现有助于科学家们制造出足够多的干细胞以用于更多临床,并进一步实现再生医学的各种美好愿景。

发现癌细胞虽然可以通过自身复制一分为二,但是一种称为PML的分子可以限制癌细胞自身复制的次数。研究证明,恶性肿瘤难以对付PML分子的存在,这意味着如果没有PML分子存在,恶性肿瘤就可以持续生长并最终扩散到其他器官。而更重要的是,PML分子的存在可以容易地被探测到,有可能被用于诊断肿瘤是否恶性。

发现在小鼠食用富含动物脂肪且缺乏ω-3脂肪酸的饲料之后,其大脑中与阿尔兹海默症相关的神经标记发生了显著恶化。该发现可让人们更多了解ω-3脂肪酸的益处,多摄入以预防早老年痴呆症的发生。

法 国

干细胞人造血首入人体;肝炎药物研究取得临床进展;发现控制饮食可延长线虫寿命;新型艾滋病疫苗实验成功。

法国科学家首次成功地将实验室中用造血干细胞培育出的人造血输入人体内,而其表现与正常血液一样。

该结果表明,未来我们或可以获得无限量供应的血液,且这不是血液替代品,而是人工方法制造出的真正血液。

对急性肝炎药物展开临床试验。这种药物由重组的蛋白质构成,它不但能帮助肝细胞抵御加速衰老和死亡的侵袭,还可以刺激细胞再生。

通过实验发现,控制线虫的饮食可以大大延长这种生物的寿命。这一发现对哺乳动物也有借鉴意义。

研制的一种新型艾滋病疫苗在雌性猕猴身上实验成功。实验结果表明,疫苗能够有效防止艾滋病通过性途径传播。

发现鼻炎会明显影响人们患哮喘的几率。

法国食品、环境和职业健康安全局发布报告称,一些常见减肥方法会导致人体营养摄入不平衡,从而损害身体健康。

利用干细胞重组的办法,成功地使一些百岁老人的细胞年轻化,由此证实人可以“返老还童”。

生物技术

日 本

解开了视神经受损后难以复原的原因;成功用显微镜观测到活细胞的内部细微构造;发现了导致青春期突发性脊柱侧弯症的基因。

日本证实了导致虫牙的一种叫“GSase”酶的立体构造。“GSase”可产生齿垢,不但导致虫牙,而且是导致口臭、牙周病以及误咽性肺炎的原因之一。解开了制造IgA抗体的新原理,有助于开发出粘膜疫苗。解开了视神经受损后难以复原的原因,并利用大鼠实验成功使视神经实现了再生。开发出新的IPS细胞制作方法,该方法不但效率高,而且产生癌细胞的危险也大大降低。

成功用显微镜观测到活细胞的内部细微构造,对于未来在细胞级别理解生命现象将发挥重大作用。证实迄今为止功能不明的脑内“微核糖核酸”其实同与记忆有关的海马神经回路以及视网膜神经细胞的形成存在密切关系,这项研究成果对于探明癫痫以及自闭症等精神疾病的成因具有重要意义。

发现了导致青春期突发性脊柱侧弯症的基因。该病症的患者多为十几岁的年轻人,此次的研究成果对于研究病理并找出新的治疗方法具有积极意义。

利用猴子实验证实,对大脑基底核的某个区域进行药物治疗,可以大大提高治疗帕金森症的效果。该研究成果可以大大拓展治疗帕金森症的手段,为患者带来福音。

判明了分解甲烷的微生物酶的立体构造。利用这项研究成果,不但解释了大气中甲烷浓度一直都比较低的原因,而且对于未来寻找降低自然界中甲烷发生量的方法非常有帮助。

以色列

生物医药是传统强项,今年以来,以生物医药领域在疑难病病理及防治方面取得较大进展。

以色列科学家揭示了促使β细胞再生的生物机理,首次发现β细胞再生与葡萄糖激酶的关系,据此可开发出对葡萄糖激酶进行调节的新药,对治疗Ⅰ型糖尿病有现实意义。

发现一种可以延缓衰老的蛋白质或许也可以防治胰腺癌。这种称为克罗托的蛋白质是大脑和肾脏产生的一种天然激素,具有阻止癌细胞分化的作用。

发现主动去除B淋巴细胞,可以改变细胞的自动调节能力,导致B淋巴细胞慢性缺乏症。

开发出一种通过测量生物电阻变化来监测糖尿病病情的非侵入式血糖监测装置。发现一种称为PTPe的蛋白质在肥胖中起关键作用。研发了一种治疗慢性伤口的药物,可使化脓数月甚至更长的伤口愈合。

在医学仿生和医疗设备研发方面也取得一些新突破。开发出一种嵌入式微型电子仿生视网膜。在医疗设备研发方面,以色列布莱斯维医疗器械公司开发出一种可戒除对赌博、吸烟、吸毒上瘾的新型电磁治疗设备。

此外,2011年以色列生物医药领域另一个比较富有新意的动向是将民用研发产品用于医疗领域。首次将最新款的iPad与医疗信息系统相连,使这一新潮电子产品变成了医务人员手中便捷的远程医疗工具。

乌克兰

研究出肝素结合的类表皮生长因子的各种重组体衍生物;确定了脂肪氧合酶和泛素基因以及人源蛋白酶亚基的抑制作用。

乌克兰科学家研究出肝素结合的类表皮生长因子(HB EGF)的各种重组体衍生物,并确定了它们与各种配体的相互作用。

通过RNA干扰法,确定了脂肪氧合酶和泛素基因以及人源蛋白酶体亚基的抑制作用。

在医学领域,开发了纠正心脏和血管机能不足的新方法,以及用于预防冠状动脉分流术后的心肌梗塞的新方法;制定了喉癌诊断标准,确定了这类患者的放射疗法和组合疗法的功效;制定了胸腔组织恶性肿瘤患者的新治疗方法。

对乌克兰地区的转基因植物种植进行风险评估的理论原则探究工作已展开;发现直接从外植体再生植株能完全保存原基因组,而源自组织培养的植株则会出现遗传差异。

研制出能生产人乳铁蛋白的大麦转基因株系,以及一种新型油菜株系,不仅能抵抗抗草铵膦铵除草剂,而且含有更高的总可溶性蛋白容量和优化脂质成分。揭示了植物适应微重力条件下的细胞机制。

撰写了山羊草的GLI-MB1等位基因位点的目录编制草案,并将新的等位基因补充至Glu-U1和Glu-Mb1谷蛋白大分子亚基的位点的等位基因目录。

研发并实施了针对主要作物的高效除草技术,以保证种植环境的安全;发现放射性污染下,出现新型高致命植物病原体的风险增加。

有108种新的低等和高等植物、真菌和无脊椎动物被纳入新发现物种。研制出32种新品和杂交的水果及工业用、装饰用谷物类作物,并被列入乌克兰国家注册的可培育植物种类。

开发出控制最常见和最危险的人类与动物疾病的新方法;配制新医药制剂的科学基础及其治疗用途和输入体内的有效系统,正处于开发之中。

开发出肝脏保护器并获得临床前测试;开发出生物惰性聚合物支架涂料。

韩 国

韩国在促进生物技术发展的过程中,更看重医疗领域的实际应用,并在2011年取得了在癌症研究和干细胞研究领域上的突破。

7年前曾因论文造假而名声扫地的韩国科学家黄禹锡团队利用狗的卵子,将郊狼的细胞去除核后移植于狗的卵子里,成功异种克隆了8只郊狼。与此前克隆实验都介于同种动物之间相比,黄禹锡团队首次实现了异种动物之间高成功率的克隆。

发现了导致肺癌的因子AIMP2-DX2。AIMP2-DX2是AIMP2蛋白质的一种变异体,对已患肺癌白鼠的AIMP2-DX2进行遏制,病情得到有效控制,发现肺癌的进展与AIMP2-DX2的增长密切相关,证实了AIMP2-DX2是治疗肺癌的重要目标因子。

成功开发了可在短时间内正确分析遗传基因信息的下一代遗传基因分析技术,可迅速而准确地分析大量遗传基因信息。该技术可将遗传基因分子链条长度拉长为接近理论长度90%的19微米,并将其放入纳米通道进行分析,正确度比以往提高了1.5倍。

首次批准用胚胎干细胞研制的细胞治疗药物进行临床试验。此次临床试验是针对“斯特格黄斑变性病”进行的一期试验。斯特格黄斑变性病是一种罕见的失明症,主要出现在青少年时期,至今尚无有效疗法。

生物技术

巴 西

2011年,在政府有关政策推动下,巴西各大学、科研机构在生物技术领域的研究获得了显著进展。

巴西批准两项涉及转基因的科研项目,一项是关于以5种基因结合的方式培育转基因玉米品种MONхTC1507хNK603,批准对这种玉米进行种植、食用、贸易、运输、进出口、育种。第二个批准的项目是允许研究开发一种转基因蚊子,以对付巴西的登革热疫病。委员会同时还批准,耐受除草剂草甘磷的转基因棉花GHB614可上市交易,另外抗御虫害并耐受草甘磷的MON88017转基因玉米可进行贸易及育种。

巴西转基因技术研发有明显进展。自2009年,巴西超过阿根廷,成为继美国之后采用转基因技术播种农作物的世界第二大国。

对因创伤引起的脊髓功能受损进行干细胞治疗以使感觉恢复的方法,在经过两年的动物实验后,开始进行人体试验。这种治疗方法将从患者本人骨盆骨髓中提取类似纤维干细胞,并直接用于创伤区域。

利用一种可“引导”成人干细胞回归胚胎状态的技术,在实验室里复制成功一名痴呆症患者的神经元。

南 非

泰诺福韦凝胶临床实验为妇女避免艾滋病毒感染带来了希望;在纳米药物输送技术研究方面取得新进展。

艾滋病和肺结核是困扰南非的两大传染性疾病,南非科技部将适配子(Aptamer)技术列入有重大应用前景的技术加以重点扶持,并在南非科技与工业研究院(CSIR)建立起P3实验室,重点针对艾滋病毒和肺结核进行诊断、靶位验证、靶位药物输送技术等专门研究。目前已开发出基于适配子技术的肺结核病即时诊断包、微生物杀菌剂、艾滋病毒进入抑制剂,以及能使母乳中的艾滋病毒失活的奶嘴罩等。

CAPRISA 004号泰诺福韦凝胶临床实验为妇女避免艾滋病毒感染带来了希望,南非和美国正在对CAPRISA 004的效果作进一步验证。南非科技部已经获得了CAPRISA 004的专利使用权,并研究如何实现本地化生产。

对肺结核病治疗过程中实施抗逆转录病毒治疗进行了研究,其结果对重新评估艾滋病毒和肺结核病双重感染者的治疗机制具有重要参考意义。

在纳米药物输送技术研究方面取得新进展,利用二次乳化溶剂挥发技术,将目前治疗肺结核的药物进行纳米包封,获得适合肺部吸收的纳米药物微粒,使药物可以在较长时间内缓慢释放并持续有效。

 

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