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Illumina联手IBM沃森人工智能解读癌症基因谱

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近日,IBM和Illumina建立一基于Watson系统的合作伙伴关系,旨在癌症研究中标准化和简化基因组数据的解读。

Illumina联手IBM沃森人工智能解读癌症基因谱

具体来说,这两家公司将应用部署Watson for Genomics工具,帮助研究人员解读Illumina的实体肿瘤谱分析结果。科研人员将把Watson for Genomics整合到Illumina公司的BaseSpace和肿瘤测序过程(Tumor Sequencing Process)中,于是这将允许科学家们使用Illumina的实体肿瘤分析面板TruSight Tumor 170检测多达170个基因的变异,更快速和全面地诠释相关数据。

Illumina联手IBM沃森人工智能解读癌症基因谱

两家公司在一份的声明说道:“在短短的几分钟内,Watson for Genomics将读取TruSight Tumor 170生成的遗传信息文件,梳理专业指南、医学文献、临床试验汇编和其他知识来源。然后,系统将生成包含每个基因组改变的注释报告。”使用Watson将大幅度减少解释结果所花费的时间;科学家通常需要一个多星期来做Watson在几分钟内做的事情。

Illumina联手IBM沃森人工智能解读癌症基因谱

IBM还认为Watson for Genomics真的可以将基因组数据解释到与人类专家相同的标准。目前,IBM和Quest Diagnostics已经为所有后者的客户提供了Watson for Genomics服务,其中包括了大批的医生和肿瘤学家。IBM的认知解决方案和研究负责人John Kelly博士在CBS的60分钟采访中表示,Watson正在被20个专注于基因组学肿瘤学领域的癌症研究所“培训”,这些研究机构包括了世界闻名的北卡罗来纳大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill )和纪念斯隆凯特林(Memorial Sloan Kettering)癌症中心。

UNC的Ned Sharpless博士研究了1000余名患者的数据,发现在99%的病例中,Watson提出了与分子肿瘤专家团相同的治疗建议。IBM旗下Watson Health的副总裁Steve Harvey先生说道,在30%的案例中,Watson竟然还发现癌症专家错过的一些细节。

使用TruSight Tumor 170的Watson for Genomics软件将于今年初上市。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

[1] IBM, Illumina deploy Watson for Genomics in cancer research

[2] Watson for Genomics官方网站

能使基因编辑失效的“开关”:防止研究失控的最后防线

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能使基因编辑失效的“开关”:防止研究失控的最后防线

抗CRISPR蛋白不仅能提高基因编辑过程的精确度,防止研究失控,若它落入坏人手中,还能被当成最后的安全防线。

能使基因编辑失效的“开关”:防止研究失控的最后防线

近年来,科学家和普通民众都对基因编辑技术愈发重视,一些人担心它可能会引发意想不到的后果,甚至被用来制造生物武器。  

北京时间1月9日消息,据国外媒体报道,近年来,科学家和普通民众都对基因编辑技术愈发重视,一些人担心它可能会引发意想不到的后果,甚至被用来制造生物武器。近日,加州大学旧金山分校的研究人员发现了一组能够使基因编辑工具CRISPR-Cas9系统失效的蛋白质,或许能避免上述后果的发生。

CRISPR-Cas9系统用途多种多样。人们希望能用它来治疗基因疾病。它的基础是一种名叫SpyCas9的蛋白质,可以将目标DNA“剪切”下来。为了找到将其“关闭”的“开关”,研究人员对CRISPR-Cas9系统的研发过程展开了分析。

“正如CRISPR技术从细菌天生的抗病毒系统发展而来一样,我们也能对病毒用来对抗CRISPR系统的蛋白质加以利用。”加州大学旧金山分校微生物学与免疫学院的约瑟夫·邦迪·德诺米实验室的博士后研究员本杰明·劳奇指出。

研究人员试图在该系统中找到“自我靶向”的证据——一些病毒会悄悄越过Cas9蛋白设置的屏障,将自己的基因插入细菌基因组中。研究人员提出假设称,这些病毒一定开发出了某种‘CRISPR系统抑制剂’。否则,Cas9蛋白为了杀死病毒,便会将探测到入侵者的基因组整个切除。

“Cas9蛋白并不聪明。”约瑟夫·邦迪·德诺米说道。“如果程序要求它这么做的话,它们就会毫不犹豫地把自己的DNA切掉。因此,我们希望能找到这样的基因链。既然这些细胞没有自我毁灭,就说明整个CRISPR系统没有被激活。”

研究人员分析了近300条李斯特菌基因链,结果发现约3%的基因链中存在这一现象。而在进一步调查之后,他们发现了四种截然不同的抗CRISPR蛋白,能够阻断李斯特菌中Cas9蛋白的活动这与SpyCas9,蛋白十分类似。

研究人员在另外一系列实验中发现,四种抗CRISPR蛋白中的两种(分别名为AcrIIA2和AcrIIA4)在其它细菌中、以及在被编辑过的人类细胞中,能够将目标瞄准特定基因,从而使SpyCas9蛋白失效,实验结果说明这些蛋白质能够“有效抑制”得到了广泛运用的CRISPR-Cas9基因编辑系统。“我们接下来要证明,这些抑制剂能够真正提高编辑人体细胞基因时的精确度。我们还希望弄明白,这些抑制剂蛋白究竟是如何使Cas9蛋白的基因靶向能力失效的,并在其它细菌中继续寻找其它更有效的CRISPR系统抑制剂。”研究人员称,找到SpyCas9蛋白的“关闭开关”能够大大提高CRISPR技术的安全性和精确度,避免对目标之外的基因进行错误修改。该系统在目标细胞中生效的时间越长,就越可能出现这样的后果。

该发现还能在科学家使用“CRISPR干扰”(CRISPR interference)和CRISPR激活(CRISPR activation)等新技术时提供很大帮助。研究人员指出,他们能够暂时地加快或阻断细胞活动,甚至使基因组中相互联结的基因同时变得活跃起来。而这反过来则能推动多基因疾病的研究和治疗。此外,这些抑制剂还能被当成一道安全防线。若该技术被用在了实验室之外的地方,它们便可以迅速切断工作进程。“CRISPR如此强大,很可能被用来从事危险的研究,因此研究人员和广大公众对它的担心是很有道理的。而在CRISPR技术被用于恶意研究、或失去了控制时,这些抑制剂为我们提供了一条切断研究进程的途径,使这种技术变得更加安全,能够更好地为人们提供帮助。”(生物谷Bioon.com)

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2017(第四届)基因编辑与临床应用研讨会

会议时间:2017.6.9 -6.10      会议地点:上海

会议详情: http://www.bioon.com/z/2017GeneEditing/

生物学家提出对地球上所有生物的基因组进行测序

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生物学家提出对地球上所有生物的基因组进行测序

2017年2月26日/生物谷BIOON/—当谈及基因组测序时,理想家喜欢抛出大的数字:比如,英国生物库(UK Biobank)希望破译出50万人的基因组,或者冰岛努力研究它的整个人口的基因组。2017年2月23日,由史密森尼生物多样性基因组学计划(Smithsonian Initiative on Biodiversity Genomic)和位于中国深圳的测序龙头公司华大基因(BGI)组织的在美国华盛顿哥伦比亚特区召开的一次会议上,一小群研究人员甚至提出更大的目标:宣布他们的意图是最终对“地球上的所有生物”进行测序。

他们的计划被称作地球生物基因组计划(Earth BioGenome Project, EBP),迄今为止并没有明确的资金投入,但是可能需要至少几十亿美元。作为两年前提出这个愿景的这个小团队的一员,美国加州大学戴维斯分校进化基因组学家Harris Lewin说,EBP为实现这个大胆的目标将采取的第一步就是着重关注真核生物,即包括所有植物、动物和阿米巴等单细胞生物在内的有机体群体。

这一策略和EBP的整体观念在BioGenomics2017上发现了乐于倾听的听众。BioGenomics2017是本周由自然保护主义者、进化生物学家、分类学家和将基因组学应用于研究中的其他生物学家参加的一个集会。美国加州圣地亚哥动物园保护研究所保育生物学家Oliver Ryder说,“这是一个伟大的构想。如果我们真地想要理解生物如何进化,那么基因组生物学将会是其中的一部分。”

Ryder和其他人将EBP和人类基因组计划(HGP)进行类比。HGP是30多年前开始提出的一项宏伟的、充满争议的而且当时在技术上不可能实现的计划。这项更早提出的计划最终不仅导致对首个人类基因组进行测序,而且也导致全新的DNA技术出现。这些技术如今是很多医学前沿的中心,而且成为一个200亿美元行业的基础。Lewin说,“人们已从人类基因组计划中了解到测序是生物学上的巨大进步。”

关于EBP的很多细节仍然正处于制定之中。但是正如当前提出的那样,第一步是在大约总共9000个真核生物科(eukaryotic family)中,非常详细地对每个真核生物科的一个成员的DNA进行测序,从而获得与人类参考基因组相当或比人类参考基因组更好的参考基因组。接着,在15万~20万个真核生物属(eukaryotic genera)中,对来自每个属的一个物种的DNA进行测序,但测序的详细程度较差一些。最后,针对剩下的150万个已知的真核生物物种(eukaryotic species),EBP参加者将对它们的基因组进行粗略地测序。EBP组织者之一、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校卡尔-伍斯基因组生物学研究所主任、行为基因组学研究员Gene Robinson说,通过将这些较低分辨率的基因组序列与真核生物科参考基因组进行比较,或者开展更多的测序,可能能够对它们加以改进。

Lewin、Robinson和EBP组织者之一、史密森尼国家自然历史博物馆进化生物学家John Kress估计,这个全部真核生物计划可能需要的费用大约与对首个人类基因组进行测序(即HGP)所需的费用相同。HGP花费了大约27亿美元对组成人类基因组的30亿个碱基对进行读取和排序,这一费用按照如今的美元衡量大约是48亿美元。EBP组织者指出,如果获得与HGP相比拟的大量支持,那么EBP的这个真核生物计划可能在十年内完成。

这样的乐观估计源自于不断下降的DNA测序成本和改进的测序技术。来自位于美国加州山景城的Complete Genomics公司的一名会议演讲者说,他的公司计划能够在一年内以大约100美元的费用对完整的真核生物基因组进行粗略地测序。改进的测序技术使得以合理的费用获得更高质量的基因组序列成为可能。Lewin说,“对我而言,显而易见的是在某个时间点上,对地球上的所有生物进行测序将是可能的。”

尽管一些人可能发现这种几十亿美元的费用很难为不探究人类的研究人员提供正当的理由,但是多亏追求自己的宏伟测序计划的几个研究界的努力,EBP取得有利的先端。这些研究界包括一万基因组计划(Genome 10K Project),试图对1万种脊椎动物的基因组进行测序;i5K,努力破译5000种节肢动物的基因组;B10K,期待破译所有的10500种禽类物种的基因组。EBP将有助整合、汇集和甚至资助这些计划。Lewin说,“EBP就是研究界中的研究界。”

也有测序贡献来自基因组学领域的龙头公司,如中国华大基因,英国韦尔科姆基金会桑格研究所。但是在本周举行的这次规划会议上,明显的是,EBP面临着重大的挑战,这些挑战甚至还不只是资金资助方面。尽管来自巴西、中国和英国的研究人员说,他们的国家迫切地期待以某种方式参与进来,但是入会的20个人(组成一个规划团队)强调EBP需要与发展中国家(尤其是那些具有丰富生物多样化的国家)之间进行更加国际化的合作,从而有助制定这个计划的最终形式。他们提出EBP可能能够为这些国家培养测序和其他技术上的专家和技能。丹麦自然历史博物馆进化生物学家Thomas Gilbert说,全球基因组生物多样性网络(Global Genome Biodiversity Network,GGBN)正在汇集全球博物馆和其他生物资源库的样品清单和图像,它可能提供所需的很多DNA,但是更加广泛的参与是比较重要的。

这个规划团队也强调还需要制定出标准以便确保高质量的基因组序列和保存每个被测序的有机体的相关信息,比如有机体是从哪儿收集的,它看起来像什么。该规划团队的几个人注意到,从野外获得DNA样品可能最终是最大的挑战,而且可能耗费最大的成本。不是所有的博物馆样品产生保存完好的DNA用于获得高质量的基因组序列。华大基因和丹麦哥本哈根大学进化生物学家Guojie Zhang说,最近收集和冻存的动植物样品并不总是经过正确的处理来保存它们的DNA。美国洛克菲勒大学神经生物学家Erich Jarvis注意到,标准的缺乏最终可能破坏这个计划的实用性,“我们可能为针对地球上所有物种的基因组测序花费了大量费用,但是我们可能产生大量无用的东西。”

但是Lewin乐观地认为这种情形将不会发生。当他在BioGenomics2017上的闭幕致辞中提出EBP的纲要后,他被迫切地想要知道能够提供什么帮助的研究人员包围着。美国诺瓦东南大学生物学家Jose Lopez说,“尝试着将不同的研究界汇集在一起是不错的想法。”Lopez所在的研究界发起GIGA计划,旨在对7000种海洋无脊椎动物的基因组进行测序。“这是一项巨大的工程。我们需要大量的专业技能和大量的能够作出贡献的人参与。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Thumbs Up for U.K. Biobank

Jocelyn KaiserMar. One thousand genes you could live without. Science, Mar. 25, 2015, doi:10.1126/science.aab0372.

Global Biodiversity Genomics Conference

DNA Sequencing Market Will Exceed $20 Billion, Says Illumina CEO Jay Flatley

Elizabeth Pennisi. Biologists propose to sequence the DNA of all life on Earth. Science, Feb. 24, 2017, doi:10.1126/science.aal0824.

【技术】基因测序那些事

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导读
狭义上讲,测序就是指利用技术手段确定一段核糖核酸或脱氧核糖核酸里面的碱基顺序,例如DNA中的ATCG如何排列。广义上的测序不仅需要确定DNA中的ATCG碱基顺序,还包括这些碱基与整个基因组的关系,碱基变化给个体带来的有利或有害的影响。
【技术】基因测序那些事
最早的时候,基因测序只能应用于科研之上,是遗传学及分子生物学一个重要的科研工具。随着测序技术的发展,测序价格大大降低及测序仪的能力越来越高,测序技术应该不仅仅局限于科研市场,越来越多的人想要将测序这种分子生物学技术应用到面向大众的普通消费市场,特别是医疗市场和临床市场,一旦测序技术在这些市场进行推广应用,将会带来更大的发展。
狭义上讲,测序就是指利用技术手段确定一段核糖核酸或脱氧核糖核酸里面的碱基顺序,例如DNA中的ATCG如何排列。广义上的测序不仅需要确定DNA中的ATCG碱基顺序,还包括这些碱基与整个基因组的关系,碱基变化给个体带来的有利或有害的影响。
一般现在市场上的测序分为两种,研究性测序:对某个物种的基因组图谱进行测序或者针对某个疾病的群体进行整体序列研究;应用性测序:测定个人基因组对疾病等进行预测。
为什么现在还需要不断的测序:
首先是遗传信息是所有物种的遗传基础,所有表型都是遗传和环境的共同作用,但遗传是根本,环境是起影响作用;遗传信息里,作为大多数物种遗传物质的DNA当然应该首要关注,所以需要对物种的基因组进行测定。地球上如此多的物种,目前尚有大量物种未被测序,所以还一直进行测序。
同一物种的个体,是有异质性,也就是有个体差异的,正因为这种差异,才会有进化,对有经济价值的物种也才有育种的可能。所以,这就要对同一物种不同个体(即群体)进行测序,测序规模越大,所能发现的有趣基因越多。
健康诊断,目前已经有分子诊断、基因诊断,而基因组诊断则是更全面,更本质的诊断,所以将来会出现人人基因组的局面,那时会测定每个人的基因组,依据个人特点的基因组进行健康管理、疾病治疗或指导用药。
测序方法:

一代测序:
即Sanger测序法,核酸模板在DNA聚合酶、引物、4 种单脱氧核苷三磷酸(dNTP,其中的一种用放射性P32标记)存在条件下复制时,在四管反应系统中分别按比例引入4种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP),因为双脱氧核苷没有3’-OH,所以只要双脱氧核苷掺入链的末端,该链就停止延长,若链端掺入单脱氧核苷,链就可以继续延长。如此每管反应体系中便合成以各自的双脱氧碱基为3’端的一系列长度不等的核酸片段。反应终止后,分4个泳道进行凝胶电泳,分离长短不一的核酸片段,长度相邻的片段相差一个碱基。经过放射自显影后,根据片段3’端的双脱氧核苷,便可依次阅读合成片段的碱基排列顺序。
【技术】基因测序那些事
二代测序(NGS):
将基因组DNA打碎成约100-200个碱基的小片段,在片段的两个末端加上接头 ( adapter )。将DNA片段变成单链后通过接头与芯片表面的引物碱基互补而使一端被固定在芯片上。另外一端随机和附近的另外一个引物互补,也被固定住,形成桥状结构。通过30轮扩增反应,每个单分子被扩增大约1000 倍,成为单克隆的DNA簇,随后将DNA 簇线性化。在下一步合成反应中,加入改造过的DNA聚合酶和带有4种荧光标记的dNTP。在DNA合成时,每一个核苷酸加到引物末端时都会释放出焦磷酸盐,激发生物发光蛋白发出荧光。用激光扫描反应板表面,在读取每条模板序列第一轮反应所聚合上去的核苷酸种类后,将这些荧光基团化学切割,恢复3’端黏性,随后添加第二个核苷酸。如此重复直到每条模板序列都完全被聚合为双链。这样,统计每轮收集到的荧光信号结果, 就可以得知每个模板DNA片段的序列。
【技术】基因测序那些事
三代测序:
DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基(dNTP),在碱基配对阶段,不同碱基的加入,会发出不同光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。同时这个 DNA 聚合酶是实现超长读长的关键之一,读长主要与酶的活性保持有关,它主要受激光对其造成的损伤所影响。PacBio SMRT技术的一个关键是将反应信号与周围游离碱基的强大荧光背景区别出来。他们利用的是ZMW(零模波导孔)原理:在一个反应管(SMRTCell:单分子实时反应孔)中有许多这样的圆形纳米小孔,即 ZMW(零模波导孔)外径 100多纳米,比检测激光波长小(数百纳米),激光从底部打上去后不能穿透小孔进入上方溶液区,能量被限制在一个小范围里,正好足够覆盖需要检测的部分,使得信号仅来自这个小反应区域,孔外过多游离核苷酸单体依然留在黑暗中,从而实现将背景降到最低。
【技术】基因测序那些事

PLoS Pathog:利用CRISPR/Cas9培育出抵抗病毒感染的基因编辑猪

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PLoS Pathog:利用CRISPR/Cas9培育出抵抗病毒感染的基因编辑猪
图片来自PLoS Pathogens, doi:10.1371/journal.ppat.1006206

2017年2月25日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自英国爱丁堡大学、皮尔布赖特研究所和Genus公司(Genus plc)的研究人员培育出基因编辑猪。这些猪可能免受一种每年导致养猪业损失数十亿欧元的病毒感染。相关研究结果于2017年2月23日发表在PLoS Pathogens期刊上,论文标题为“Precision engineering for PRRSV resistance in pigs: Macrophages from genome edited pigs lacking CD163 SRCR5 domain are fully resistant to both PRRSV genotypes while maintaining biological function”。

这些基因编辑猪是这些研究人员利用先进的基因编辑技术培育出的。它们潜在地抵抗猪繁殖与呼吸综合征(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome, PRRS)。PRRS是由一种病毒导致的,因此,该病毒被称作为猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRS virus, PRRSV)。

初步的测试结果揭示出来自这些基因编辑猪的细胞完全抵抗导致这种疾病的两种主要的PRRSV基因型感染。

这些研究人员说,这些猪在其他方面都是健康的,而且利用基因编辑技术在它们体内导入的变化应当不会影响它们抵抗其他感染的能力。

PRRS导致幼猪出现严重的呼吸问题,导致怀孕的雌猪繁殖失败。

已有研究证实PRRSV靶向被称作为巨噬细胞的免疫细胞。这些细胞表面上的CD163分子在能够让PRRSV建立感染中发挥着关键性的作用。

这些研究人员利用基因编辑工具CRISPR/Cas9切除猪DNA中的CD163基因的一小部分。

利用来自这些CD163基因发生修饰的基因编辑猪的细胞开展实验室测试,结果证实这些猪的DNA发生的变化阻断PRRSV的感染能力。

这项研究的下一个阶段将是测试当这些基因编辑猪接触PRRSV时,它们是否抵抗PRRSV感染。

另一个研究团队在之前的研究中培育出完全不产生CD163分子的猪,而且当这些猪接触PRRSV时,它们不会患病。

在这项新的研究中,CD163中仅与PRRSV相互作用的部分被移除,因而这种分子似乎保持它的其他功能。

在全世界的大多数养猪的国家中,PRRS是地方性流行病。疫苗大多数不会阻止PRRSV扩散,而且这种病毒持续快速地发生进化。因此,如今,它是养猪者面临的最大挑战之一。单就欧洲而言,据估计,这种疾病每年导致养猪业损失15亿多欧元。

论文通信作者、爱丁堡大学罗斯林研究所的Alan Archibald教授说,“这种基因组编辑技术通过降低因传染病造成的浪费和损失有助提高食品安全性,而且还通过降低疾病负担有助提高动物福利。我们的结果让我们在朝实现这些益处和专门解决全世界养猪业这个最为重要的传染病问题的目标上更接近一步。”

Genus公司首席科学家Jonathan Lightner说,“这些结果进一步展示了CD163在阻止PRRSV感染中的至关重要性,而且证实靶向移除CD163中的病毒相互作用结构域能够导致抵抗性产生,与此同时,这种蛋白的其余部分仍然保持存在。当Genus公司加快开发基因编辑技术来产生PRRSV抵抗性时,这种针对CD163基因的编辑,和针对其他基因的编辑将会接受评估。Genus公司致力于开创性地将这种技术应用于动物遗传改良中以便改善动物的健康、农户的生存状态和为不断增加的全球人口可持续地生产食物。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Christine Burkard, Simon G. Lillico, Elizabeth Reid et al. Precision engineering for PRRSV resistance in pigs: Macrophages from genome edited pigs lacking CD163 SRCR5 domain are fully resistant to both PRRSV genotypes while maintaining biological function. PLoS Pathogens, Published: February 23, 2017, doi:10.1371/journal.ppat.1006206.

重磅:贝瑞和康借壳天兴仪表上市 A股迎来基因巨头时代

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重磅:贝瑞和康借壳天兴仪表上市 A股迎来基因巨头时代
正宗的精准医疗,正宗的基因巨头,贝瑞和康登陆借壳上市登陆A股的消息在朋友圈不胫而走!
8月29日晚间,停牌两个半月的天兴仪表披露重大资产重组进展公告,拟将其目前拥有的全部资产、负债、业务、人员等存量业务资产出售给成都天兴仪表(集团)有限公司或其指定的第三方。同时,向贝瑞和康全体股东发行股份购买其持有的贝瑞和康 100%股权。
这意味着,基因界的巨头公司贝瑞和康将借道天兴仪表登录资本市场,“本次资产重组构成关联交易, 同时构成重大资产重组和借壳上市。”
据了解,贝瑞和康是一家致力于应用高通量基因测序技术,为临床医学疾病筛查和诊断提供“无创式”整体解决方案的高科技生物技术公司。
早在2015年4月14日,国际著名财经媒体《福布斯》杂志在上海举行了“2015福布斯中国潜力企业创新峰会暨颁奖典礼”。北京贝瑞和康生物技术有限公司(简称贝瑞和康)首次入选“中国非上市潜力企业100强”,位列第16位,在所有生物医药企业中位列第一。
在二代测序临床应用方面,早在2014年7月,贝瑞和康已与美国基因巨头Illumina牵手,Illumina以新一代基因测序技术作为贝瑞和康向中国食品药品监督管理局(CFDA)提交临床检测项目的注册申请的核心技术平台,在中国提供以高通量测序技术为基础的临床检测业务。
2015年4月,杭州贝瑞和康基因诊断技术有限公司生产的基因测序仪(NextSeq CN500),以及胎儿染色体非整倍体(T13/T18/T21)检测试剂盒已通过国家食品药品监督管理总局(CFDA)的批准。
目前,贝瑞和康与北京协和医院、四川大学华西医院、北京肿瘤医院合作开展无创DNA产前检测、染色体微缺失微重复检测、胚胎植入前遗传学筛查、肿瘤驱动基因突变检测等多个研究项目,广受赞誉。去年3月,北京协和医院、四川大学华西医院等三甲医院已开始筹建精准医疗研究中心。
迄今为止,以基因测序打前站的精准医疗时代才刚刚开始不久,根据CC Research,2013 年全球精准治疗市场总值已达45亿美元,复合年增长率超过20%,2018年将达到117亿美元。中国对精准医疗也加大了支持力度,2015年3月11日,科技部召开国家首次精准医学战略专家会议,并决定在2030年前在精准医疗领域投入600亿元。2015年1月,国家公布了产前筛查与诊断高通量测序试点单位,4月公布了肿瘤诊断与治疗高通量基因测序试点单位,表明了政府推动精准医疗发展的决心。
重磅:贝瑞和康借壳天兴仪表上市 A股迎来基因巨头时代
精准医疗概念的提出,也极大地调动了资本的敏感神经。在投资机会方面,分析人士指出,基因测序在我国及世界拥有广阔的市场空间与发展潜力,必将带来人类健康医疗等产业革命性的变革,这将会带来一个万亿元级的市场。随着基因测序领域的快速发展,未来基因测序行业的机会百花齐放,在基因检测仪器、产前筛查、肿瘤诊断、药物研发以及基因测序服务及数据解读等六大细分领域均有着丰富的市场机会。
此前达安基因、千山药机、昌红科技、荣之联、新开源、紫鑫药业、北陆药业、迪安诊断、北陆药业等上市公司已经“遭遇”了资本市场的极大追逐,贝瑞和康的到来或将再次点燃资本市场做多基因测序概念股的热情。(生物谷Bioon.com)

Nat Commun:科学家应用迄今最小的Cas9基因剪刀治疗眼疾

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Nat Commun:科学家应用迄今最小的Cas9基因剪刀治疗眼疾

2017年2月24日讯 /生物谷BIOON/ –来自韩国的科学家利用工程技术开发出了迄今最小的CRISPR-Cas9,并通过腺相关病毒(AAV)运载到小鼠的肌细胞和眼部,用以修饰引起失明的一个基因。相关研究结果发表在国际学术期刊Natue Communications上。

这套CRISPR-Cas9系统有望成为治疗常见且无法进行药物治疗的疾病的新治疗工具。

CRISPR-Cas9是一种新型廉价且精确的基因编辑工具。Cas9是一个“基因剪刀”蛋白:能够在引导RNA的指引下定位切割靶基因。为了帮助CRISPR-Cas9到达靶标DNA,需要通过质粒或病毒进行运载。AAV是一种高效安全的载体能够在体内进行基因表达,广泛用于基因治疗。

最常见的CRISPR-Cas9技术所使用的Cas9来自于化脓性链球菌,但是这种Cas9蛋白包含1368个氨基酸,无法通过AAV进行包装和运载。还有一种来自金黄色葡萄球菌的Cas9也可以用于基因编辑,虽然只有1053个氨基酸可以通过AAV进行运载但是这样就没有足够空间用来装载其他蛋白。

在这项研究中,研究人员发现CjCas9既有效又足够小,只有984个氨基酸组成,可以和超过一条引导RNA以及一个荧光报告蛋白一起包装进AAV里。研究人员又对这项技术的一些方面进行了优化。随后他们将新的CRISPR-Cas9系统包装到AAV里,同时还有两条引导RNA和一个荧光报告蛋白,用来对小鼠肌肉和眼部的基因进行突变。他们选择了两个参与衰老相关黄斑变性的基因,这种疾病会导致成年人失明。

其中一个基因是治疗该疾病的一个常见靶点,叫做VEGF A,另外一个是能够激活VEGF A基因转录的转录因子HIF-1a。在这项研究中,研究人员证明通过AAV运载到视网膜的CjCas9能够有效抑制小鼠Hif1a和VEGF A基因的激活,减少脉络膜新血管形成的面积。

眼内注射AAV包装的CRISPR-CjCas9还可以用于治疗其他视网膜疾病和系统性疾病。CjCas9具有高度特异性不会脱靶引起基因组产生其他突变。(基因宝jiyinbao.com)

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原始出处:

Eunji Kim, et al. In vivo genome editing with a small Cas9 orthologue derived from Campylobacter jejuni. Nature Communications, 2017; 8: 14500.

Oncogene:发现促进化生性乳腺癌产生的关键性基因

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Oncogene:发现促进化生性乳腺癌产生的关键性基因

2017年1月7日/生物谷BIOON/—十多年来,美国密歇根大学综合癌症中心乳腺病理学项目主任Celina Kleer博士一直在研究一种未得到很少理解的蛋白CCN6如何影响乳腺癌。为了更多地了解它在乳腺癌产生中的作用,Kleer团队设计出一种特殊的模式小鼠,这导致他们获得意想不到的发现。

研究人员剔除小鼠乳腺中的CCN6。这种模式小鼠允许他们研究这种蛋白丢失后带来的特异性影响。当Kleer和她的团队在它们的不同年龄进行检查时,他们发现这会延迟它们的发育,而且它们的乳腺也没有正常地发育。相关研究结果近期发表在Oncogene期刊上,论文标题为“MMTV-cre;Ccn6 knockout mice develop tumors recapitulating human metaplastic breast carcinomas”。

Kleer说,“在一年之后,这些小鼠开始形成乳腺瘤。这些乳腺瘤看起来与人化生性乳腺癌(metaplastic breast cancer)相同,具有相同的特征。这是非常令人关注的。”

化生性乳腺癌是三阴性乳腺癌当中的一种非常罕见的侵袭性亚型。三阴性乳腺癌本身也被认为是罕见的和侵袭性的。高达20%的乳腺癌是三阴性乳腺癌。仅有1%的三阴性乳腺癌是化生性的。

Kleer说,“诊断和治疗化生性乳腺癌是充满挑战的。部分上,这些困难来自于缺乏研究这种疾病的模式小鼠。”

因此,Kleer不仅对CCN6获得更好的理解,而且她的研究发现为更好地理解这种极具充满挑战性的乳腺癌亚型打开大门。

Kleer说,“基于我们实验室多年的实验,我们的假设是敲除这个基因将会诱导乳腺癌产生。但是我们并不知道敲除CCN6是否足以引发肿瘤产生,而且如果确实如此的话,何时引发,或者引发什么类型的乳腺癌。如今,我们拥有一种新的小鼠模型和一种研究化生性乳腺癌的新方法。在此之前,并没有其他的模型来研究这种疾病。”

化生性乳腺癌的典型特征之一就是这些细胞更加类似于间充质细胞(mesenchymal cell),即一种能够让它们迁移和入侵的细胞状态。类似地,研究人员在他们的模式小鼠中观察到这一点:抑制CCN6会诱导上皮-间充质转化(epithelial to mesenchymal transition, EMT)过程产生。

Kleer说,“在显微镜下,这种过程很难在肿瘤中观察到。我们在这种模式小鼠体内以及病人样品和细胞系中观察到这一点是激动人心的。”

研究人员在他们的这种新的模式小鼠体内研究这些小鼠所患的乳腺瘤,并且鉴定出几个潜在的药物可靶向的基因。针对其中的一些基因(如p38)而言,已经有靶向它们的抗体或抑制剂存在。

研究人员接下来将会在实验室中测试这些潜在的治疗药物与现存的化疗药物的组合使用。他们也将利用这种模式小鼠更好地理解化生性乳腺癌和发现新的在它的产生中发挥作用的基因。

Kleer说,“理解这种疾病可能导致我们开发出更好地攻击它的方法。对化生性乳腺癌病人而言,这种疾病的罕见性并不重要。他们想要—和他们应该得到—更好的治疗方法。”(生物谷 Bioon.com)

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MMTV-cre;Ccn6 knockout mice develop tumors recapitulating human metaplastic breast carcinomas

E E Martin, W Huang, T Anwar, C Arellano-Garcia, B Burman, J-L Guan, M E Gonzalez and C G Kleer

doi:10.1038/onc.2016.381

上帝的两扇门,揭开基因组天书的奥秘

基因君

上帝的两扇门,揭开基因组天书的奥秘

1990年,人类基因组计划正式启动,从多个方面改变了或正在改变着世界和我们的生活。2015年《科学》杂志评出的年度十大科学进展中,CRISPR基因编辑技术位列榜首。2016年6月,美国食品药品监督管理局批准了用CRISPR编辑人体的免疫细胞、进而治疗相关疾病的研究。这意味着人类已经可以改造自己的基因组,而这也再一次将人类置于伦理、法律、安全的多重选择路口。“我”究竟是谁?基因会决定我们的性格吗?基因会决定我们将来会得什么病吗?每个人都需要进行基因检测吗?食用转基因食品会改变人们的基因吗?

在日前与《我的美丽基因组》一书译者——复旦大学生命学院人类学系教授李辉共同作客在上海图书馆举办的2016上海书展“书香·上海之夏”名家新作系列讲座之“我的美丽基因组”讲座活动中,复旦大学研究生院院长、复旦大学生命科学学院教授钟扬用一个个鲜活生动的例子,深入浅出地为公众解读了基因组这一生命天书的奥秘。

天赋与疾病:上帝的两扇门

钟扬年轻的时候没有读高中就上了中科大少年班,见到了很多很奇特的人,自认为一直生活在他们的“阴影”下面。“现在大家夸我是少年班最正常的人,因为我们班不正常。”讲座中,钟扬的一句玩笑带出了他对于人类基因的辩证思考:究竟什么是天赋?什么是疾病?什么是好基因?什么是坏基因?在他看来,没有什么绝对的优势或劣势,只有适应。他自己在上海时候的优势,到了西藏就变成了劣势。也正因此,当他看到《最强大脑》那样的节目把科学界已经确定为妨碍生活的疾病基因拿出来作为“最强大脑”宣扬天赋时,感到那样的娱乐已经走得太远了,让人心里不舒服。

钟扬举例说,所谓轻而易举获得的“天赋基因”常常与一系列遗传疾病密切关联,是连锁的。他曾经发现一个擅长识别常人难以识别的“绝对音高”的家族,其50个成员基本生活在严重失眠的痛苦之中。“因为他们能听出100米外汽车的刹车有毛病。像我们这样五音不全、没心没肺的,睡眠反而很好。”

又比如他有一个朋友的弟弟,是个色盲,但为了和命运抗争,不仅学会了独立生活,还因为摄影记者的工作需要学会了开车。那位弟弟能凭借对红绿灯亮起的时间和位置的记忆,靠亮度感知亮的是红灯还是绿灯。他还得过全国性摄影比赛一等奖。钟扬开始觉得很神,后来他研究领域的科学证明了:在一部分色盲家系中,很可能产生超级视觉者(特别是色盲儿子的母亲)。就是说,普通人通常有3个视锥细胞,色盲患者大多数情况下只有两个,但他们的妈妈极有可能是有4个视锥细胞的超级视觉者。这真叫:“上帝如果在你面前关上了一扇门,一定会为你打开另一扇门。”再比如地中海贫血症基因的携带者因为血液不招蚊子,所以不会得疟疾。“想想我们花了多少力气防治疟疾,还不如一个生理缺陷有用。从这个角度,我们凭什么还说哪种基因是丑陋的呢?我们还不如称我们的基因组为‘美丽基因组’。

基因知情权:疾病早防与知情的负担

钟扬认为,个体有对自己基因的知情权,但有时候,也会带来知情的负担,有些基因疾病患者甚至因为过早知情而一被子自暴自弃。所以,虽然技术进步条件下的基因检测已经越来越为人们所负担得起,但并意味着绝对的必要性,而且即使检测出问题基因,也不意味着必然大概率地导致疾病。在他看来,安吉丽娜·朱莉在进行基因检测后马上采取了乳腺手术其实是一个特例,不是每一个基因问题的携带者都需要效仿的。据钟扬介绍,和乳腺癌高度相关的两个基因分别叫BRCA1和BRCA2,如果哪个人的这两个基因发生了突变,则其今后患乳腺癌的几率大约在25%至40%之间。安吉丽娜·朱莉的妈妈、姨妈等家族里的女性成员都有乳腺癌的发病史,这使她的发病几率提高到70%。“所以,并不是说一检查出基因有问题就必须做手术,不同疾病基因的致病性是各有不同的。”

关于基因的适应性,钟扬举例说,熊为了过冬,冬天会花一个星期猛吃食物,人如果那么吃上三天,肯定吃死。而熊还不会得糖尿病。这是为什么呢?因为熊有一套机制,能够回收自己尿液中的氮,如果人也能有这个基因,得糖尿病病的几率会大大降低,全世界粮食生产也可大大减少。此外,科学家发现熊还会回收自己体内的钙,所以母熊生小熊后不会骨质疏松。钟扬设问:“如果你家的水管坏了,你是会修那条水管,还是重新换一条呢?熊会换一条新的,而人可能因为长期养尊处优惯了,没必要像熊在野外艰苦条件下那么不正常地生活,所以已经不会换新水管了。作为一种生存策略,熊在困境面前不是让自己去得病,而是采取急性冒险。”

科学与技术:转基因食物的两个面向

对于公众关心的转基因问题,钟扬表示,科学与技术是两码事,这个区别在转基因问题上表现尤为突出。迄今为止,在科学上还没有一篇论文足以证明转基因食物对人体健康有害经得起推敲,但转基因操作过程中的生物技术是完全可控的吗?转基因食物的生产厂家接受控制吗?各个操作步骤可以全链条监测清楚吗?

钟扬觉得,问“转基因食物是否安全?”,就好比问“馒头能吃吗?”,其中包含了两层潜在的意思:一层意思是馒头是由小麦做成的,小麦能吃吗?另一层意思是:既然没有什么证据证明小麦是不能吃的,你妈妈为什么清晨不让你到家对门的小卖部去买馒头呢?——因为那个小卖部卖的馒头不仅用了小麦,而且还添加了别的不该添加的东西。“这不是与科学相关,而是与技术和工艺相关。如果连一个馒头都不能让人放心,怎么敢说转基因技术是完全过关的呢?”

因此,他认为,一方面要大力鼓励科学家深入开展转基因研究;另一方面,应严格控制转基因技术的应用和转基因食品的上市。(生物谷 Bioon.com)

基因编辑治癌进入临床试验阶段

基因君

导读
基因编辑“能将物种DNA换成我们想要的”,依靠它,人类不仅可以实现动物、植物的快速定向育种,而且能推动疾病治疗的颠覆性革命,获得“改写生命剧本的神笔”。不远的未来,人类有望将无法治愈的疾病变成能长期控制的慢性病。
基因编辑治癌进入临床试验阶段
黄军就教授在做实验。 (新华社记者卢汉欣摄)
不久前,川大华西医院卢铀团队将进行世界首个人类CRISPR基因编辑临床试验的消息让基因编辑技术再度成为公众关注的焦点。基因编辑是什么?基因编辑给人类带来了什么?我国基因编辑技术处于怎样的地位?记者近日采访了业内专家,试图揭开基因编辑的神秘面纱。
神奇“剪刀”将改写生命剧本
“基因编辑技术是一把人类剪切基因的‘剪刀’。”中组部首批“千人计划”特聘专家、中山大学生命科学学院教授松阳洲介绍说。
基因编辑技术始于上世纪80年代建立的基因打靶技术,2000年后,相继出现ZFN、TALEN技术,可以实现基因组上的高效率定向剪切,2012年以后,第三代基因编辑技术CRISPR-Cas9出现,这一新技术精度高、成本低、操作简单,大幅降低了技术“门槛”,全球因此掀起对基因编辑的研究试验热潮。
据介绍,包括CRISPR/Cas9在内的新基因编辑技术可快速、高效地对DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。由于基因编辑“能将物种DNA换成我们想要的”,人类不仅可以实现动物、植物的快速定向育种,而且能推动疾病治疗的颠覆性革命,获得“改写生命剧本的神笔”。
中山大学生命科学学院教授马文宾告诉记者,地球上的物种使用的是高度类似的基因程序系统,基因编辑技术应用前景广阔。人有近3万个蛋白质编码基因,通过在模式动物中进行的逐个敲除实验,科学家可以获得人类基因组功能“图谱”。
华大基因基因编辑部门韩序博士说,通过人类基因组计划,人们读取“生命代码”,了解了一些DNA代码的意义。“能‘读’了之后,研究者们就想知道是否能改变代码,比如让小麦具备抗逆性,比如消灭人类疾病。”
近年来,尽管仍有伦理争议,但世界各国争相突破原有的条条框框,积极推进基因编辑研究。2015年4月,中山大学生命科学学院教授黄军就团队完成了全球首次对人类胚胎进行的遗传性致病基因的修复实验,引发全球科学界关注。黄军就因此获评《自然》杂志2015年度全球十大科学人物;2016年2月,英国弗朗西斯?克里克研究所宣布,英国人工授精与胚胎学管理局已正式批准该研究所对人类胚胎基因进行编辑技术的申请;2016年8月,四川大学华西医院肿瘤中心胸部肿瘤科主任卢铀团队将开展全球首个CRISPR-Cas9基因编辑治疗肺癌的临床试验。英国《自然》杂志对其评价为“领先于世界其他正在进行的基因编辑试验”。
松阳洲等科学家认为,由于基因编辑技术的不断进步,全球即将进入生物技术主导的全新时代。
将不治之症变为“慢性病”
“什么样的基因突变导致什么病?什么样的基因可以对抗什么样的病毒?基因编辑技术能够让人类更加了解自己,更精准地对DNA代码进行控制。”马文宾说。
目前,基因编辑技术已经在疾病防治、动植物育种、动物模型开发等领域展现出巨大前景。
在肿瘤治疗领域,基因编辑的应用前景也很广阔。美国基因编辑研究者对肿瘤方面的研究较多,在治疗白血病方面,基因编辑的重要技术Car-T通过修改病人的T细胞,使之特异性识别肿瘤细胞进行清除,已取得重要进展。计划进行基因编辑治疗肺癌临床试验的卢铀团队介绍说,T淋巴细胞是人体内抗肿瘤的“斗士”,但T细胞中编码PD-1蛋白基因却可能“阻挠”其攻击肿瘤细胞。卢铀团队通过即将进行的试验,利用CRISPR-Cas9技术对T细胞进行基因编辑,选择性敲除T细胞中编码PD-1蛋白的基因,“激活”T细胞对肿瘤细胞的攻击能力。
这些成就和努力都表明,基因编辑正在成为人类彻底征服癌症的重要工具。四川省人民医院儿童血液科医生周晨燕说,传统临床上应对癌症的手段主要有三种:手术、放疗和化疗,但手术一般只对早期癌症有效,放疗和化疗毒副作用大,会对病人的免疫系统造成严重损伤,有不少病人甚至支撑不过放化疗的痛苦。“基因编辑等细胞免疫疗法弥补了传统三种治疗手段的弊端,被认为是根治癌症的最大希望。”
在动植物育种和动物模型开发领域,很多具有优良性状的新品种正在出现。转基因植物成为人类重要食物来源,基因编辑鼠、基因编辑猪、基因编辑狗、基因编辑猴等科技渐趋成熟,为人类的医学实验、器官移植等提供了重要支撑。马文宾说,通过对猪的“人源化”,即将猪的部分基因替换成为人类对应基因,人类将来有望获得可靠的人源化蛋白或移植器官来源。
科学家们普遍认为,基因编辑将带来人类疾病治疗的“颠覆性革命”。在中山大学人类胚胎遗传性致病基因修复实验中,黄军就团队成功修复了人类胚胎中导致β型地中海贫血的基因。黄军就说,人类的很多疾病与基因遗传突变有关,比如地中海贫血、遗传性眼疾、癌症、老年痴呆症等。运用基因编辑技术,人类未来可以“修正”突变的基因,根治这些疾病。
“目前人类对很多致命疾病的药物治疗都只是在抑制病变、延缓恶化。未来,基因编辑技术将改变这一局面,为人类找到战胜疾病的全新路径。”松阳洲说。
韩序等专家认为,不远的未来,基因编辑技术可能会使基因诊断和基因治疗成为一种闭环服务,通过检测全基因组的方式来体检,发现问题后,整合有效工具进行基因治疗、细胞治疗,将无法治愈的疾病变成能够长期控制的慢性病。
我国科研水平已居世界“第二梯队”
目前,世界各国对基因编辑技术都予以高度重视,国际竞争日益激烈。在这一领域,我国相关科研水平已处于仅次于美国的世界“第二梯队”,具有比较明显的优势。
首次修改人类胚胎基因、首例基因编辑临床试验、首例基因敲除狗……这些“世界首创”充分表明我国基因编辑应用领域的科研能力、科研水平已经达到较高水平。一些西方研究者认为,在CRISPR/Cas9等基因编辑研究领域,中国的位置已是“世界第二”。
在科学家团队储备方面,我国同样位居前列。马文宾说,我国的基因编辑人才储备全世界都是数一数二的,目前在中国大约有100多个基因编辑团队。自然指数排行榜表明,中国生命科学方面的科研成果快速增长,在2012年到2014年之间有30%的增幅。“这说明充足的人才储备正在对包括基因编辑在内的中国生命科学研究产生深刻影响,相关科研的潜力、爆发力都极为可观。”马文宾说。
而作为全球最大的基因编辑应用市场,我国还拥有明显的“科技聚合”优势。松阳洲说,近年来,一些世界顶尖基因编辑团队都非常关注中国市场,随着应用的演进,市场的进一步开拓,中国有望成为世界基因编辑领域的资本、人才集聚地。
不过,我国在基因编辑领域与世界顶尖水平也存在不少差距。主要表现在原创研究少,核心专利少,未来的技术演进受制于人。接受采访的科学家们说,目前我国关于基因编辑技术的研究集中于开发或应用,其核心技术都来自国外。国外专利垄断将成为中国基因编辑技术发展的瓶颈。
知识积累加速将迎来“大爆发”
“在基因编辑研究试验领域,数据积累正在加速进行,一年的数据量是以往几十年的总和。关键性突破正在实现,技术成果将迎来爆发式增长。”马文宾说。
随着近年来关键技术取得突破性进展,生物技术、尤其是基因编辑领域,已成为全球学界和产业界共同关注的热点。不少业内专家认为,当前基因编辑的发展处于重大机遇期,各国均在加强基因编辑相关研究的投入,知识积累已在爆发前夜。未来基因编辑可能在工具研究和应用研究领域取得交替突破。
一方面是工具研究有可能出现重大突破。今年,河北科技大学韩春雨团队宣布发明NgAgo-gDNA技术,这是一项有别于CRISPR-Cas9的新技术。尽管这一学术成果目前仍存在许多争议,但科学家们普遍认为,随着数据、知识的快速积累,新工具、新技术的出现“指日可待”。
另一方面,基因编辑技术的应用研究前景同样广阔。华大基因基因编辑部主任王健举例说,基因编辑技术目前只在遗传信息有部分应用,未来还会扩展到RNA编辑、表观遗传调控等方向,“如果和影像学的发展类比,目前的基因编辑就像还处在影像学的B超、X光时期,CT、MRI还没有开发出来,但以后一定会研究得越来越深入。”黄军就认为,仅以当前的基因编辑工具,应用开发就存在巨大空间,而随着科技进步和工具迭代,相关应用成果将出现爆发式增长。
科学家们建议,在全球基因编辑研究的关键时期,我国应该科学引导公众对于基因编辑的客观理解,大力推动基因编辑的基础研究,进一步拓展应用研究。当然,由于基因编辑涉及伦理问题,相关研究也应该受到严格监控和管理。“人类发现自身奥秘的征程必须被合理、严格地管控。既要防止因噎废食导致科学停滞不前,又要防止经修改的基因成为人类基因库中的一员,打开人为改变人类进化进程的‘潘多拉魔盒’。”松阳洲说。(生物谷Bioon.com)

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