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研究建立快速筛选丁布类代谢物合成和转录相关基因的玉米原生质体平台

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研究建立快速筛选丁布类代谢物合成和转录相关基因的玉米原生质体平台
玉米(Zea mays)是禾本科玉蜀黍属一年生草本植物,是世界上三大谷类作物之一,是重要的粮食作物。我国的玉米产量已经超过水稻和小麦,位居第一位,所以玉米对我国的国民经济具有重要意义。但是长期以来大量的玉米虫害总是威胁着全球玉米的产量,玉米害虫也多达350种之多。作为玉米最重要的抗虫化合物,丁布类次生代谢物的生物合成途径已基本阐明,但是玉米功能基因研究相对缓慢,再加上玉米转基因技术的众多缺陷,特别是转化效率低以及周期长的问题,使得丁布类次生代谢物的调控研究变得十分棘手,玉米抗虫机理的研究进展比较缓慢。
植物原生质体体系具有高效、便捷和经济等优点,有利于各种植物信号途径中功能基因的研究,已成为一种研究植物生理生化和分子机理的重要工具。近日,中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组利用玉米黄化苗快速分离纯化玉米原生质体,通过PEG-Ca2+介导的质粒转染技术实现了高效玉米原生质体转染。同时通过优化的HPLC-MS/MS分析方法,可快速测定玉米原生质体中各种类型的丁布类次生代谢物含量,该研究首次分析得到丁布类次生代谢物在玉米原生质体中含量随时间的变化规律。此外,该研究基于昆虫取食处理及不同玉米品系对比等实验积累的RNA-seq大数据中挖掘了可能的玉米丁布候选调控基因,利用优化获得的玉米原生质体瞬时表达系统沉默和过表达了部分候选基因,筛选获得了2个可能的丁布合成调节因子,分别是转录因子ZmbHLH20和ZmbHLH76,为后续玉米稳定遗传转化和抗虫机理研究奠定了基础。该研究也为其它植物,特别是难以转化的非模式植物(包括野生植物)的次生代谢产物合成和调控基因功能分析提供了借鉴。
研究成果以An efficient system composed of maize protoplast transfection and HPLC-MS for studying the biosynthesis and regulation of maize benzoxazinoids 为题在线发表于Plant Methods 杂志上。昆明植物所与云南大学联合培养硕士研究生高磊和昆明植物所助理研究员申国境为该论文第一作者,吴建强为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目、云南省应用基础研究重点项目、中科院国际合作项目等的支持。(生物谷Bioon.com)

ScoutBio B轮融资2000万美元 基因疗法用于猫狗或成现实

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ScoutBio B轮融资2000万美元 基因疗法用于猫狗或成现实

由传奇基因治疗先驱和宾夕法尼亚大学研究员詹姆斯·威尔逊(JamesWilson)共同创立,一家与宾大合作的生物技术公司ScoutBio刚刚筹集了2000万美元的B轮融资,以加强其针对常见宠物疾病的一次性基因疗法管线。

没错,ScoutBio正在使用一些熟悉的腺相关病毒(AAV)技术递送治疗性转基因,治疗慢性肾病、慢性疼痛和炎性皮肤病特应性皮炎等疾病,以求改革针对这些慢性疾病的宠物药物。

融资由DigitalisVentures的CompanionFund和RiverVestVenturePartners共同领导,新投资者GreenSpringAssociates以及现有投资者FrazierHealthcarePartners、AdageCapitalManagement和CorrelationVentures也参与其中。

ScoutBio已与宾大佩雷尔曼医学院的基因治疗项目(GTP)开展AAV动物健康研究与开发合作,该项目由Scout科学顾问和联合创始人詹姆斯·威尔逊博士领导。近三十年来,GTP一直是基因治疗研究和载体发现与开发的全球领导者。通过Scout和宾大之间的单独许可协议,Scout获得多个基于AAV的候选兽医产品和用于动物健康的相关AAV技术的独家权利。

“Scout的使命是利用基因疗法的进步,大幅提升目前依赖长期服用药物的多个兽医领域的护理标准,”ScoutBio首席执行官MarkHeffernan博士说。“我们的方法旨在通过一次性剂量持续有效的治疗来改善患者的治疗效果,同时满足市场对长效宠物药物的需求,以提高依从性和便利性。”

“仅在美国,就有9000万只狗和9400万只猫,这突显了新一代药物的机会,这些药物可以显着提高主要慢性病的护理标准。我们对Scout满足这一需求的战略印象深刻,并期待支持他们进入临床开发。”DigitalisVentures技术合作伙伴CindyCole博士说。

Scout最先进的治疗候选药物旨在为患有慢性肾病相关的贫血症的猫提供猫红细胞生成素(EPO)的长期表达。这种疾病导致生活质量的逐步恶化,尚无FDA批准的治疗,并且目前的护理标准具有严重的缺点。最近的研究显示,猫接受一次肌肉注射后,其红细胞计数(EPO生物标志物)在数月内均有显着增加,并为此项目启动了一项临床试点实地研究(clinicalpilotfieldstudy,动物健康关键研究之前的阶段)。

一项针对424名兽医的专有调查显示,在所有其他治疗方法中,超过90%的兽医会使用具有Scout目标特性的产品来治疗猫贫血,并称其最吸引人的特点是终身功效。

“GTP期待将其在AAV研发领域的长期领导地位延伸到宠物健康领域,以应对与频繁用药相关的依从性挑战,并提供解决慢性病的新方法,”宾大GTP的威尔逊博士说。“现在,成熟的基因治疗技术和动物健康方面的医疗需求已经融合在一起,我们相信Scout在这个交汇点和机遇上定位非常明确。”

宠物基因治疗这一概念听起来十分有趣,但它会起效吗?

价格方面?

要知道诺华曾表示,其脊髓性肌萎缩症(SMA)基因疗法Zolgensma定价为400-500万美元具有成本效益。

即使体重调整为猫或狗,这也是惊人的。当然,该行业将提高CMC并降低成本。但也有人对此持怀疑态度。

Scout相信它可以向大量的宠物主人推销基因疗法,每一剂将低于一百万美元。他们的市场调查显示,有一半的宠物主人会花1000美元来治疗他们的宠物;接近四分之一将高达5,000美元。

通过将制造基因疗法所带来的更高效率与潜在的数百万的大众市场相结合,Scout认为它可以治疗这些动物并从中赚钱。

此外,他们补充说,动物药物开发并不像人类研发那样昂贵。在基因治疗成本方面,也许他们正在做一些有助于其他领域的事情。(生物谷Bioon.com)

Rocket Pharma与REGENXBIO联手开发致命遗传病创新基因疗法

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Rocket Pharma与REGENXBIO联手开发致命遗传病创新基因疗法

 

今日,美国行业领先的多平台基因疗法公司Rocket Pharma宣布与REGENXBIO达成了一项全球独家许可协议。Rocket将拥有使用REGENXBIO的专有NAV?技术平台的AAV9(腺相关病毒9)载体的权利,去研发和推广Danon病的基因疗法。Rocket公司同时拥有选择其它两种未公开的AAV载体治疗Danon病的的独家权力。

REGENXBIO的NAV技术平台,是一种独有的AAV基因递送平台,拥有100多种新型的AAV载体,如AAV7,AAV8,AAV9和AAVrh10等。源自细小病毒(parvovirus)家族的AAV,是一类单链DNA病毒,能以接近100%的成功率将基因插入19号染色体的特定位点,并具有非致病性(大多数人体内携带该无害病毒)。

Danon病是一种罕见的神经肌肉和心血管疾病。其特征是复杂的心肌病,骨骼肌病和轻度认知障碍。据估计,美国和欧盟的患病人数为15,000至30,000。Danon病是由编码溶酶体相关膜蛋白2(LAMP-2)的基因突变引起的,LAMP-2是自噬功能的重要介质。通过可变的剪接方式,LAMP2基因可产生三种不同的LAMP-2变体:LAMP-2A,LAMP-2B和LAMP-2C。其中发生在LAMP-2B上的功能障碍性突变与严重的心脏病特征相关。在患者20-30岁后,由Danon病引起的进行性心力衰竭往往是致命的,届时将需要心脏移植。然而,心脏移植也仍然不是治愈性疗法,目前尚无可针对Danon病的特定疗法。

Danon病是Rocket首个基于AAV的基因疗法项目。Rocket自身的多平台开发方法,应用慢病毒载体(LVV)和AAV基因疗法平台。目前,Rocket主要的临床阶段试验是治疗Fanconi贫血症(FA)。此外还在对丙酮酸激酶缺乏症(PKD),1型白细胞粘附缺陷病(LAD-I),以及婴儿恶性骨质疏松症(IMO)进行临床前研究。

Rocket总裁兼首席执行官Gaurav Shah博士说:“Rocket很高兴与REGENXBIO合作,推进我们第一个衍生自NAV技术平台的基因疗法产品,这将加强Rocket以疾病为中心的多平台开发方法的潜力,从而在不受载体类型限制的情况下,获得潜在的先发优势。Danon病代表着一个有未满足医疗需求的重要领域。有着被深入了解的疾病生物学背景以及来自患者深切的渴求,我们相信Danon病是基因疗法的理想目标,并期望明年能开始临床试验。”

REGENXBIO总裁兼首席执行官Kenneth T. Mills先生表示:“这一许可协议,进一步证实了REGENXBIO的NAV技术平台在治疗多样严重疾病方面的应用潜力。REGENXBIO很高兴能通过开发Danon病的基因疗法,开启与新兴罕见病基因治疗领域的领先公司Rocket的合作关系。”(生物谷Bioon.com)

 

Nat Nanotech:新型纳米胶囊高效输送Cas9核糖核酸蛋白复合物用于体内基因组编辑

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2019年9月24日讯 /生物谷BIOON /–编辑遗传密码的新工具为遗传性疾病、某些癌症甚至顽固病毒感染的新疗法带来了希望。但是,将基因疗法传递到身体特定组织的典型方法可能是复杂的,并可能导致令人不安的副作用。
威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员通过将基因编辑有效载荷装入可定制的微型合成纳米胶囊中解决了其中的许多问题。近日他们在《Nature Nanotechnology》杂志上描述了这种新型的递送系统。
Nat Nanotech:新型纳米胶囊高效输送Cas9核糖核酸蛋白复合物用于体内基因组编辑
图片来源:UW-Madison
威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所(Wisconsin Institute for Discovery at UW-Madison)的生物医学工程教授、研究员Shaoqin “Sarah” Gong说:”为了编辑细胞中的基因,编辑工具需要安全有效地植入细胞。”她的实验室专门设计和构建用于靶向治疗的纳米级传输系统。
威斯康辛大学麦迪逊分校生物医学工程教授、全美基因组编辑协会指导委员会联席主席Krishanu Saha表示:”在注射基因疗法后,编辑体内错误的组织是一个严重的问题。”该协会得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health) 1.9亿美元的资助。”如果生殖器官被无意中编辑了,那么病人就会把编辑的基因遗传给他们的孩子和后代。”
Gong说,大多数基因组编辑都是通过病毒载体完成的。病毒侵入细胞并利用细胞自身的机制制造新的病毒拷贝已有数十亿年的经验。在基因治疗中,病毒可以被改造成携带基因组编辑机制,而不是携带自己的病毒基因进入细胞。然后,编辑机制可以改变细胞的DNA,比如说,纠正导致或导致疾病的遗传密码中的一个问题。
“病毒载体很有吸引力,因为它们可以非常有效,但它们也与许多安全问题有关,包括不受欢迎的免疫反应,”Gong说道。
新的细胞靶点也可能需要费力地改变病毒载体,而定制病毒载体的制造可能是复杂的。Saha说:”如果要定制许多病毒载体来传递到体内特定的细胞或组织是非常困难的。”
Gong的实验室将基因治疗的有效载荷–也就是基因编辑工具CRISPR-Cas9的一个版本,用Saha实验室设计的导向RNA–包裹在一个薄的聚合物外壳上,形成一个直径约25纳米的胶囊。纳米胶囊的表面可以装饰有多肽等官能团,使纳米颗粒能够靶向某些细胞类型。
纳米胶囊在细胞外保持完整–例如,在血液中–只有在目标细胞内被一种叫做谷胱甘肽的分子触发时才会分裂。然后,释放的有效载荷移动到细胞核,编辑细胞的DNA。由于纳米胶囊在细胞细胞质内的寿命较短,因此有望减少意外的基因编辑。
该项目结合了威斯康辛大学麦迪逊分校在化学、工程、生物学和医学方面的专业知识。儿科学和眼科教授Bikash R. Pattnaik和比较生物科学教授Masatoshi Suzuki及其团队分别用纳米胶囊演示了老鼠眼睛和骨骼肌的基因编辑。
由于纳米胶囊可以被冷冻干燥,因此可以方便地提纯、储存和作为粉末运输,同时为剂量控制提供灵活性。威斯康辛校友研究基金会的研究人员正在申请纳米颗粒的专利。
Gong说:”纳米胶囊体积小、稳定性好、表面修饰的多功能性以及编辑效率高,使其成为许多基因疗法的一个有前景的平台。”
该团队的目标是进一步优化正在进行的研究中有效编辑大脑和眼睛的纳米胶囊。(生物谷Bioon.com)
参考资料:

Shaoqin Gong et al. A biodegradable nanocapsule delivers a Cas9 ribonucleoprotein complex for in vivo genome editing. Nature Nanotechnology (2019). DOI https://doi.org/10.1038/s41565-019-0539-2

首个亚洲家猪“超清”基因组图谱发布

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首个亚洲家猪“超清”基因组图谱发布
近日,生物学预印本服务器(BioRxiv)在线发表了中国优良地方猪——陆川猪的染色体级别的高质量定相(Phased)基因组序列。这不仅填补了亚洲家猪缺少高质量参考基因组的空白,更为基因组组装提供了新的方向。该项成果由中国农业科学院深圳农业基因组研究所(以下简称“基因组所”)猪基因组设计育种创新团队主导完成。
项目负责人、基因组所研究员唐中林告诉《中国科学报》,利用多项测序技术和组装算法,他们首次获得了染色体级别、完整的两套基因组序列。这标志着来自亲本的等位基因可以完整区分,为研究等位基因的功能互作提供了宝贵的数据和技术基础,具有重要的理论和应用价值。
“包括人在内的很多物种,都是二倍体。也就是说,每一个二倍体个体中都有两套不同亲本来源的单倍体序列。我们组装得到的猪基因组,除了有很高的连续性外,更是成功地获得了2套染色体级别的基因组序列,这在基因组组装研究领域尚属首次。”唐中林说,“这意味着我们可以同时研究同源染色体的变异,以及来自不同亲本的等位基因功能。这是基因组学领域科学家们梦寐已久的,今天我们向前迈了一大步。”
据介绍,东西方猪种拥有各自独立的驯化起源,分属两个不同的进化分支,且具有明显的形态和遗传学差异。然而,目前猪基因组学研究采用的是西方猪种杜洛克(Duroc)的基因组序列,这在一定程度上限制了对亚洲家猪的基因组学研究。
进化研究表明,陆川猪和杜洛克猪的分化时间约为170万年前。项目参与方、深圳凌恩生物CEO牛永超介绍,通过比较二者基因组,他们发现陆川猪的272个阳性选择基因在蛋白酪氨酸激酶活性、微管运动活性、GTPase激活物活性和泛素蛋白转移酶活性等方面均显着富集,而杜洛克猪阳性选择基因与G蛋白偶联受体活性密切相关。这不仅为猪遗传学领域提供了关键的基准数据,而且为利用猪做模式动物研究人类健康和疾病开辟了一条新的道路。
唐中林介绍,我国是世界上最大的生猪养殖和猪肉消费国,拥有全球1/3的猪品种。这些资源是深入挖掘地方猪肉质和抗病力等重要性状优质基因的遗传宝库。然而,随着西方商业猪种的普及,本地猪种受到了非常大的冲击,有些著名地方品种的数量比大熊猫还要稀少,部分品种甚至已经灭绝。地方猪种质资源的保护刻不容缓,尤其在面对非洲猪瘟挑战的今天,该基因组的发布更是具有重要的战略意义。
该研究得到国家自然科学基金重点项目、转基因重大专项、深圳市科创委和中国农业科学院创新工程的支持。(生物谷Bioon.com)

研究人员开发高质量基因组组装软件

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研究人员开发高质量基因组组装软件
11月25日,中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究组开发的高质量基因组组装软件HERA在《自然-通讯》在线发表(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-019-13355-3)。论文题目为Assembly of chromosome-scale contigs by efficiently resolving repetitive sequences with long reads。
高质量基因组序列对于研究一个物种基因组的结构、功能、进化、基因定位和克隆等都至关重要。目前单分子测序技术的发展,已使得构建高质量基因组草图越来越容易。然而,这些草图序列仍然存在着由于组装序列碎片化而导致的多种错误,比如不完整的基因序列、排列到染色体上之后的片段遗漏、排列顺序错误和方向错误等。这些错误对于利用这些基因组所做的很多研究会造成不便或误导。
中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志组多年来通过结合单分子测序和光学图谱及HiC等技术构建高质量基因组,已完成多个植物基因组的组装。最近在前期工作的基础上开发了一个利用单分子测序长片段进行基因组复杂区域组装的新方法HERA。在现有软件组装的基础上,HERA能够大大改进基因组序列的连续性并减少了组装错误。通过对水稻基因组进行测试发现,HERA将水稻中的绝大部分重复序列包括复杂的长串联重复序列都正确地组装了出来。在玉米、苦荞和人基因组中与已发表版本进行对比,玉米的Contig N50从1.3 Mb提升至61.2Mb,人的Contig N50从8.3 MB提升至54.4 MB,苦荞基因组Contig N50达到了27.85 Mb。在玉米B73参考基因组中填补了大量以前没有组装出的序列,校正了多处染色体上序列位置或方向错误,并增加了一些以前丢失的多个重要基因。苦荞中全基因组8条染色体共只由20个Contig组成,其中一条染色体是一个Contig,展示了利用现有常规技术条件构建几乎完整的基因组的潜力。HERA跟已有基因组组装软件CANU等非常互补,预期二者的整合将会产生新的软件,大大提高基因组组装的效率。目前,由于单分子测序价格的下降,组装一个与日本晴质量相当或更好的水稻参考基因组的成本已降到了3万元以下。结合单分子测序、BioNano和Hi-C数据,目前可以很低的成本得到绝大多数物种的高质量参考基因组。对于功能基因组研究来说,高质量基因组序列的获取已不再是一个瓶颈,这预示着后基因组时代在多数物种中的全面到来。
论文第一作者为梁承志研究组博士生杜会龙,通讯作者为梁承志。软件开发得到基因组分析平台的大力支持和帮助。该研究得到中科院战略性先导科技专项(A)“分子模块设计育种创新体系”等的资助。(生物谷Bioon.com)

科学家发现孤独症可能有5%源自基因隐性突变

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科学家发现孤独症可能有5%源自基因隐性突变

 

孤独症(Autism spectrum disorder,ASD)是一种广泛的神经发育障碍疾病。典型的孤独症行为主要表现为社会交往障碍、言语和非言语交流缺陷、兴趣狭窄和重复刻板行为等临床特征。目前已成为世界上人数增长最快的严重性病症,发病率高达1/59。全基因组关联研究和大规模测序研究发现基因组中常见变异和罕见的新生突变(de novo variants)与ASD有关,而隐性突变在孤独症中的作用并不明确。

近日,波士顿儿童医院等机构的研究人员分析了来自美洲、欧洲和中东的2343名孤独症患者以及对照组5852名普通人的“全外显子组”数据,发现基因隐性突变引发孤独症的情形比人们原先认为的更常见,可能有3%到5%的病例与此有关,文章发表在Nature Genetics杂志。

研究人员在5%的患者中发现了双等位基因突变,即来自父母的两个拷贝均发生突变时,显着增加了患孤独症的风险。但是这样的病例中,女性患者仅占10%,也印证了孤独症的“女性保护效应”(女性的孤独症症发病率显着低于男性)。

孤独症的发病原因复杂,与遗传和环境等诸多因素有关。既往研究发现的相关基因突变大多数是患者的新生突变,并非来自父母遗传。该研究中发现的41个基因的隐性突变导致孤独症,其中33个基因此前从未被发现与孤独症有关,而且一部分只在单一病例中体现,其影响尚需进一步研究证实。(生物谷Bioon.com)

 

基因治疗并购继续热!这家CRO公司12亿美元买入基因疗法制造商

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基因治疗并购继续热!这家CRO公司12亿美元买入基因疗法制造商

 

Catalent是一家总部位于美国新泽西州的合同研究组织(CRO),4月15日该公司宣布,将以12亿美元收购Paragon Bioservices,后者是一家领先的病毒载体开发和基因疗法制造公司,开发和制造用于基因治疗的病毒载体。腺相关病毒(AAV)是最常用的基因治疗递送载体,该公司在AAV载体方面拥有专业知识,在质粒和慢病毒载体GMP制造方面也拥有独特的能力。

Catalent的主席兼首席执行官John Chiminski表示,“Paragon在快速增长的基因治疗制造市场上拥有无与伦比的专业知识,这将是我们业务的一个变革性补充,将从根本上增强我们的生物制品业务和我们为客户提供的端到端集成生物制药解决方案。”据悉,Paragon在过去25年一直与全球最好的生物技术和制药公司合作,开发和制造基于其转化技术的产品,包括AAV和其他基因疗法、下一代疫苗、肿瘤免疫疗法(溶瘤病毒和CAR-T细胞疗法)、治疗蛋白和其他复杂生物制剂。

根据双方达成的协议,Paragon公司将继续在其总裁兼首席执行官Pete Buzy及其管理团队的领导下工作。Paragon目前拥有约380名员工,将纳入到Catalent公司。

Buzy表示,“现有的投资者——Newspring Health Capital和Camden Partners非常支持我们实现今天的目标。我们很高兴与业内领先的药物开发和制造合作伙伴携手合作。这笔交易将使我们能够实现下一个发展阶段,并为客户及其患者的利益扩展我们的能力和平台。”

据《华尔街日报》报道,Catalent在2018年的销售额约为25亿美元。该公司的首席执行官John Chiminsky一直致力于提高该公司在高增长市场(如基因和细胞疗法)中的能力,目前该公司在这方面还没有建立强大的业务能力。2018年,Catalent以9.5亿美元收购了美国印第安纳州布卢明顿的Cook Pharmica,该公司专长是制造复杂药物。同年,Catalent还收购了总部位于英国的Juniper Pharmaceuticals,以扩大其合同制造业务。

Catalent公司预计基因治疗市场在中期将以25%的速度持续增长,并预计Paragon近期内仅占其业务的一小部分,但随着时间的推移,将有意义地加速其收入和息税折旧及摊销前利润的增长。预计2019年,Paragon将带来2亿美元以上的收入。

就在不到一个月前,3月25日,赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)以17亿美元现金收购了基因和细胞疗法制造商Brammer Bio,后者是一家专注于基因和细胞疗法病毒载体制造的合同开发和制造组织(CDMO)。

这两项收购都在强调基因和细胞疗法未来在生物制药行业中的重要性。根据最近的一份行业报告,目前有近300种基因疗法正在开发,用于治疗100多种疾病。

今年3月22日,蓝鸟生物(bluebird bio)宣布将在北卡罗来纳州达勒姆市开设新的基因治疗制造工厂。该工厂将为其基因和细胞疗法生产慢病毒载体,包括用于多发性骨髓瘤的BB2121和BB21217,以及可能用于输血依赖性β地中海贫血(TDT)和镰状细胞病的LentiGlobin。

但与蓝鸟生物不同的是,许多基因治疗公司会与CRO和CDMOS签订载体制造合同。在基因疗法中,载体通常是一种经过改造的病毒,含有人类DNA。这种病毒通常是AAV,病毒的DNA或RNA被去除,替换为将被插入患者基因组的基因。在治疗时,病毒被注射到患者体内,之后渗透到细胞中,并将治疗性DNA插入细胞中,并整合至基因组。(生物谷Bioon.com)

 

古基因组洞察现代人的史前史

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古基因组洞察现代人的史前史
过去十年里,古DNA研究领域日益兴盛,并在古人类样本的全基因组数据测序方面取得前所未有的成功。大多数研究将目光聚焦于古代人类,包括与现今某个或多个人群有密切联系的现代人,亦有如尼安德特人等已灭绝古人类。
来自不同时间和地点的古代人类的基因组数据不断涌现,随之带来的是从时间和空间上大规模研究人类史前史的更多可能性与发展趋势。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子生物学实验室的付巧妹研究员和Melinda Yang博士于1月26日在Cell子刊 Trends in Genetics 上发表综述文章《古基因组洞察现代人的史前史》,在大量已有研究的框架下,全面阐述了史前时期现代人群遗传演化的主要特征。
该文章阐述了过去几年来发现的史前人类的演化谱图,重点展开对农耕文化出现之前距今7,500年至45,000年间现代人的遗传演化研究。
通过对3.5-4.5万年前现代人的古DNA分析,显示出欧亚古代人群的多样性。这些迄今为止所获取的最古老的现代人的基因组数据表明:当时存在多种不同人群;其中有一部分对现今人群有遗传贡献,如俄罗斯和比利时的个体与当代欧洲人关系最密切,中国北部的个体与当代东亚人最为亲近;而其他个体则把焦点指向一些已消失的人群,如该时段的至少两个个体(西伯利亚西部和罗马尼亚)显示其代表人群对现今欧亚人没有遗传贡献。
末次盛冰期的人群分化、迁移、部分或全部更替通常是区域性人类史前史的普遍主题。文章用该时期约1.5-3.5万年前的人类样本直观体现出欧亚西部人群的情况。一距今3.5万年的比利时个体不同于其他欧洲早期现代人分支,他所代表的人群之后并没有消失,相关遗传信息在1.9-1.4万年前再次扩散。这可能代表着在冰期后期从欧洲西南部来的难民进一步在大陆上寻找栖息地,进行人类群体的扩张。在欧亚东部,贝加尔湖区域发现的距今1.7-2.4万年的个体有着与欧洲早期现代人群相似的遗传成分,该人群分布在欧亚北部地区,如今已经消失;同时,这些“North Eurasians”(欧亚北部人)与美洲土着人群有很大程度上的遗传联系。
随着末次盛冰期后气候变暖,大约1.4万年前,欧亚之间出现更多交流。西欧古人群与当代东亚人群和近东人群显示有少量联系,一些东欧古人类个体也显示含有“欧亚北部人”的遗传成分。高加索地区个体开始发现具有与“Basal Eurasian”(古欧亚人)相关的遗传成分,该人群还没有直接存在的样本,他在欧亚人群分离之前,没有经历最后一次走出非洲,在目前欧洲人群和近东人群中都发现有这种“古欧亚人”的遗传成分。
研究还深入分析了欧亚人群的外观与遗传变异之间的联系,得到一些令人惊奇的结果:7,500年前的欧洲人还是深色皮肤,蓝眼睛在1.4万年前才开始出现。例如,发现西班牙距今7,500年的个体,不仅携带欧洲人深色皮肤基因,而且拥有蓝眼睛的基因。
目前,欧亚西部与北部的相关研究比较全面,对于东亚、非洲和美洲人类的古基因组研究也在持续增多。所有研究都有一条共同路径,即我们可以通过人类古基因组,来揭示世界各区域人类在史前时代迁移、分化与交流的复杂历史。
文章讨论的另一研究方向,是通过对现代人的基因组分析,探讨现代人群与已灭绝的古人类之间有什么关系,相互之间有什么影响。一些早期现代人个体,已证实现代人群已灭绝的古人类之间确实发生过基因交流;通过对这些早期现代人所含有的尼安德特人基因序列的比例和长度的大量研究,明确尼安德特人与非-非洲的现代人群之间的基因交流发生在约5-6万年前。
对已灭绝古人类和现代人的基因组研究表明,人类史前时期发生过多次已灭绝古人类与现代人之间的基因交流事件。罗马尼亚距今3.9万年前的个体就揭示出古人群之间发生过很近的一次基因交流,即这个早期现代人个体4-6代前的祖先存在有尼安德特人;现今大洋洲的部分人群与丹尼索沃人之间有亲近性。丹尼索沃人和尼安德特人是两种不同的已灭绝古人类,他们在现今人群中单一或混合遗传的比例程度不一,这也暗示着有这些人群之间还有更多基因交流的可能性。
虽然针对少数人类古基因组分析极为有用,文章也强调了研究多个不同时期的人类基因组的重要性。此前所进行的相关研究工作表明,现代人群中已灭绝古人类遗传成分的比例在早期一段时期内逐渐下降,其中不适于现代人群生存的部分被自然选择去除了。
文章在突出研究所发现的早期现代人的演化模式之外,还强调了取样地点的重要性,并提出一些关键问题。欧亚西部以外地区更大范围的取样将助于更好揭示人群遗传演化的动态过程,以及全球范围内史前人群之间基因交流的类型。同一区域和时段内更多样本的发现,则将利于开展对史前人群遗传变异分布的研究,从而帮助我们了解该人群的延续性和环境适应能力。现有人群中所含有的古人群基因的含量,也暗示我们将通过史前人类样本揭示这些古人群来自的地方与年代。文章虽向我们展示了该领域丰富的研究成果,然而要了解人类史前史的全貌,前方仍是长路漫漫。
该研究由国家重点科研项目、中国科学院、国家自然科学基金委、美国霍华德·休斯医学研究所资助。(生物谷Bioon.com)

CRISPR基因组编辑有望用于整形外科中

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2018年11月27日/生物谷BIOON/—CRISPR基因组编辑技术有望导致基因工程和治疗发生“变革性飞跃”,它几乎影响到医学的每个领域。根据2018年11月发表在美国整形外科学会(American Society of Plastic Surgeon)官方期刊Plastic and Reconstructive Surgery上的一篇标题为“CRISPR Craft: DNA Editing the Reconstructive Ladder”的论文,所涉及的医学领域包括整形手术,这种基因组编辑技术有望在从预防颅面畸形到治疗性皮肤移植再到新型无排斥移植等方面取得潜在的进展。

CRISPR基因组编辑有望用于整形外科中

美国整形外科学会会员、麻省总医院外科医生Eric Chien-Wei Liao博士说,“CRISPR对治疗人类疾病的潜在影响包括对整形外科医生比较重要的几个领域,比如肿瘤学、伤口愈合、免疫学和颅面畸形。”在这篇关于再生医学的特稿论文中,Liao博士等人回顾了CRISPR基因组编辑的历史和机制,强调了它在整形手术(plastic surgery)和重建手术(reconstructive surgery)中的潜在用途和影响。


CRISPR对先天性畸形、伤口愈合和移植等有影响

人们最初发现CRISPR是细菌中的适应性免疫机制。在开发出CRISPR技术之前,开展基因编辑是费时费力的,仅限于具有先进分子生物学工具的实验室。

Liao博士等人写道,“鉴于CRISPR基因编辑具有简单性、特异性、高效性、低成本和多功能性等优点,它正在引发治疗潜力变革。CRISPR的潜在应用很多,肯定将会给整形手术和重建手术带来影响。”

Liao博士等人讨论了CRSIPR对整形手术具有可预见影响的一些关键领域,包括:
(1)颅面畸形(Craniofacial Malformations)。使用CRISPR技术的基础科学研究已引发了对颅面发育途径的新见解。CRISPR能够让人快速地鉴定出单个基因突变,并且可能有朝一日能够校正突变和阻止唇裂、腭裂和其他先天性畸形产生。

(2)伤口愈合和组织修复。基因疗法是一种增强伤口和组织愈合的有前景的方法。除了加快皮肤伤口愈合外,CRISPR还可能为骨骼、软骨、神经和肌肉的修复和再生提供新方法。

(3)细胞疗法和组织工程遗传技术可能能够产生患者自身(自体)细胞或者对它们进行修饰,从而能够用于移植或替换受损组织、刺激细胞发育或调节免疫功能。Liao博士等人写道,“产生具有治疗潜力的皮肤移植物的[技术]将在重建手术中产生广泛的影响。”

(4)皮瓣生物学和移植。除了对组织瓣进行修饰外,CRISPR基因编辑可能能够重编程血管化复合同种异体移植物(vascularized composite allotransplant)—比如,面部或手部移植物—来促进耐受性和阻止受者免疫系统引发的免疫排斥。类似的免疫调节方法也可能促进对动物供者组织产生耐受性(异种移植)。

Liao博士等人强调在利用CRISPR基因编辑实现这些临床进展和其他临床进展方面仍存在许多挑战,包括潜在的“脱靶”效应,美国食品药物管理局(FDA)监管和高成本,以及与对人类细胞和组织进行基因编辑相关的伦理问题。他们写道,“美国整形外科学会及其成员也应该成为利益相关者,并在未来参与讨论利用CRISPR改善我们的患者的伦理问题。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Danny S. Roh; Edward B.-H. Li; Eric C. Liao. CRISPR Craft: DNA Editing the Reconstructive Ladder. Plastic and Reconstructive Surgery, November 2018, 142(5):1355–1364, doi:10.1097/PRS.0000000000004863.

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