基因时代
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生物谷专访——深圳华大基因研究院徐讯院长

基因君

编者按:随着精准医学时代的来临, 生物样本库(Biobank)作为转化医学研究的重要资源,是其发展的基石。生物样本库的重点在于生物样本的采集、存储、管理、全流程质控等管理。建立高质量的生物样本库对于探索新的治疗途径,开拓新的诊治手段,优化医药研发的资源配置都有极其重要的意义。也对于提高科研效率具有极大的帮助。
生物谷专访——深圳华大基因研究院徐讯院长
徐讯,深圳华大基因研究院院长、首席科学家、深圳国家基因库执行主任,主持分子生物学实验技术、信息技术的研发工作。具体研究方向包括动植物组装及进化研究,动植物群体和遗传多态性研究,建立了单细胞微量测序的实验技术平台;建立了二代测序动植物遗传多态性研究和全基因组分子育种的技术和平台。目前已发表在包括《自然》、《科学》、《细胞》等国际顶级科学杂志在内的SCI收录论文129篇;曾参与包括科技部973项目,863项目,农业部948项目在内的各种项目,目前正在负责的国家项目包括,国家863计划国产测序仪项目课题和发改委产业集聚项目;获得专利12项,另有30多项正在申请中;被评为“自然科学技术基础理论研究员”,是湖北省最年轻的高级职称获得者;被评为“深圳市国家级领军人才”;被中国科技部和盖茨基金会评选为“大挑战青年科学家”;获得深圳市“鹏城杰出人才奖”。
此外,徐讯教授还将于2017.01.06-07日出席由生物谷主办的“2017(第四届)生物样本库综合应用与发展论坛”,并为大家带来题为:存读写万物精华,引领生命新时代——国家基因库”的报告。
那么对于近期生物医用材料领域的热门研究,徐讯教授如何评价及其研究组在相关领域又有哪些新的突破呢?下面是生物谷的采访。

生物谷:徐院长您好,感谢您接受生物谷的专访。现在精准医学已经成为全球的热点,您认为生物样本库在这其中扮演着怎样的角色?
回答:
生物样本库是收集、处理、贮存生物样本及相关信息数据以用于基础、转化和临床研究的实体。现在的精准医疗一个重要需求是建立特定人群长期跟踪的样本库及其相对应的表型库,临床信息决定了生物样本的研究应用的范围和深度,基因信息必须结合临床信息才有可能为病人提供更精准的结果。因此生物样本库因包含两方面内容:一是生物样本本身的收集、处理、存储和应用;二是与生物样本相关的临床诊断、治疗、随访等表型信息,二者缺一不可。比如确定个体肿瘤生物标志物并能将其运用于疾病的诊断、预后和疗效预测,对精准医疗具有非常重要的影响,也迅速改变着临床治疗方法,这些疾病相关生物标志物的筛选就依赖于大量信息完整的生物样本作为基础,因此生物样本库对精准医疗的进展发挥了重要作用。

生物谷:您受邀在2017(第四届)生物样本库综合应用与发展论坛上演讲,请问您认为现阶段中国生物样本库的发展面临着怎样的问题和挑战?
回答:
1.我们的标准规范如何跟国际公约、国际标准接轨甚至是参与和引领国际标准的制定。
2.使用基因技术涉及的社会伦理道德问题一直受到全人类瞩目,作为基因研究的基础——生物样本库的建立和使用也毫不例外地处于舆论的风口浪尖。相关争论的焦点主要在于样本获得同意、知情权、商业利益的分享、个人隐私甚至国家安全方面。
3.生物样本库存储的样本需要有比较全面的临床信息相对应,提高样本的使用率。
4.建立一个良好的共享体系,促进机构间的样本交流与合作。
生物谷:国家基因库为什么选择由华大基因来承建和运营?华大与其他公司或机构相比,优势在哪里?
回答:
首先,华大基因目前已是全球最大的基因测序机构。国家基因库的建立不仅仅是存储大样本的资源,更重要的是解读其中大量的遗传密码,也就是数字化的过程,而华大基因在此领域已经处于全球领先水平,这就为基因资源的应用提供了坚实的基础。
再次,华大基因经过从参与人类基因组计划到现在,已经成为全球拥有基因数据量最大的机构,华大基因的这部分数据也是国家基因库尤其是数据库非常重要的组成部分。
最后,华大基因作为一个政府资助、民营的机构,他在利用资源和运营方面比现在体制内的机构具有更好的条件,在2016年4月发布的自然指数排名中,华大基因位列中国产业机构首位、全球产业机构第12名。
正是基于华大基因这样的发展背景、科研水平和产业化能力,2011年1月10日,国家发展改革委等四部委批复同意华大基因组建并运营深圳国家基因库。
生物谷: 您在国家基因库的开业仪式上宣布启动DNA存储、超大基因组合成计划、瑞丽植物园数字化项目、母婴健康队列等重大建设规划项目,并正式对外启用国家基因库数字化平台和开放数据中心。那么在您看来,国家基因库和欧美国家的基因库还存在着哪些差距?
答:

目前国家基因库的存储样本量已达千万级别,未来还将达到亿万级别的存储规模;数据存储容量已达20Pb,未来将高达500Pb。同时国家基因库保存的样本数据覆盖范围广,涉及:疾病、健康人群、动物、植物、微生物以及海洋资源等等。无论是样本还是数据,我们的存储能力都已经达到了世界领先水平。
此外,在功能设计上国家基因库不仅有样本和数据的存储平台,国家基因库不仅仅进行样本和数据的存储,还建立了数字化平台和合成与编辑平台对基因数据进行“解读”和“编写”,具有了自主产生数据的能力,可自产自存及应用开发能力,并以“存、读、懂、写、用”为建设目标,打造既有数据又有可溯源实体样本的新一代基因资源库、信息库、知识库和工具库。
如何有效地利用这些存储的样本数据,为科研和产业转化平台和数据支撑是我们今后发展的重点。仅仅只是我们自己是没有办法完成这些大样本、大数据的解读和分析的,所以国家基因库是一个公共平台,是对全国提供公共服务的,包括科研机构,也包括产业化机构,我们希望国家基因库不仅仅是提供技术科研的对外服务,也提供产业化孵化的功能。
生物谷:针对目前生物样本库产业面临的运转效率低,收集和保存样本困难,有价值的样本无法实现产生商业化价值,华大基因研究院未来有怎样的规划?
回答:
以上这些问题都是在问:存什么,怎么存,存了以后有什么用?
针对这些问题,国家基因库已经搭建了“三库两平台”,以对海量生物资源的存、读、懂、写、用为基础,聚焦精准健康、精准农业、海洋开发、微生物应用等领域,将会极大地缩短基础科研到科技成果转化应用的周期。目前及未来华大研究院将要重点关注生物信息大数据、精准医疗队列研究、精准医学大数据、种质资源等领域,会针对大样本,大数据的开发应用设计一系列的科研项目,指导样本的收集和成果转化。即将开展的项目包括但不仅限于:数字化地球、预防出生缺陷等。同时我们也在研发基因测序技术,测序成本的降低,也将大大推动样本转化的速度。
感谢您接受我们的专访。

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2017生物样本库综合应用与发展论坛

会议时间:2017.1.06-2017.1.07     会议地点:上海

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

“基因开关”可能有助于开发乳腺癌新药

基因君

“基因开关”可能有助于开发乳腺癌新药
新华社堪培拉8月10日电(记者徐海静)澳大利亚国立大学10日说,该校研究人员关于血细胞生成过程中帮助开关某些基因表达的一组蛋白质的新发现,可能有助于开发新的、更有效的乳腺癌药物。
研究人员揭示了一组特殊蛋白质——染色质解旋酶DNA结合蛋白(CHD)的工作机制,这组蛋白质构成核小体重构脱乙酰基酶,这种酶在血细胞、干细胞等复制过程中可以开启或关闭某些基因表达。其中一种蛋白质CHD4与乳腺癌相关,而现有治疗乳腺癌的药物却没有专门针对这种蛋白质。
澳大利亚国立大学约翰·科廷医学研究中心丹尼尔·瑞安博士说,目前采用的一些乳腺癌疗法是有效的,但并不清楚其机理。而他所从事的研究揭示了CHD4的工作机制,这为以后开发出专门针对这种蛋白质治疗乳腺癌的超级药物提供了可能。更精确的靶向治疗将减少药物的毒性,降低抗药性。
瑞安比喻说,核小体重构脱乙酰基酶就像是一辆汽车,而这组蛋白质就是汽车部件,了解这些部件如何组织在一起,人们才能了解汽车如何工作,当有问题出现时,人们才能更好地修理汽车。他说,研究人员仍需要将这种酶分解,以探索不同蛋白质如何相互起作用,了解复杂的分子结构如何运作。
这一研究成果发表在《生物化学杂志》上。(生物谷Bioon.com)

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2016癌症、炎症与免疫–微环境下的对话

会议时间:2016.09.02-2016.09.03     会议地点:上海

会议详情: http://www.bioon.com/z/2016Inflammation/Index.shtml

Google和斯坦福大学合作开展临床基因组服务

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Google和斯坦福大学合作开展临床基因组服务

为了将基因组检测纳入医疗健康的日常服务,斯坦福大学医学院近日宣布与Google公司展开合作,来推动他们将要推出的临床基因组服务。这项服务有望在今年秋天推出。

Google将会为这项服务提供信息架构,这是一个基于google云平台的建设。接下来,斯坦福和Google将会建立基于云技术的应用来分析医疗健康数据库,旨在提高医疗护理和医学研究。

这项服务将会允许斯坦福的医生们为可能由特殊基因引起的有异常症状或特殊症状的患者提供基因组测序服务。斯坦福的工作人员将会分析患者的数据,并与系统中的数据库做比对来寻找可能的异常状况。相应地,这也提高了治疗癌症和破解各类罕见疾病的可能性。

“在过去的几年,关于医疗健康的数据出现了大爆发,”斯坦福医学院的院长Lloyd Minor说,“虽然科学家们还在研究如何将大数据进行整合,把这些数据在临床中为单个患者应用还是一个巨大的挑战。”

在协议中,Google成为了斯坦福医学院的正式商业合作伙伴,并且保护患者数据安全也会列在HIPAA法案(医疗电子交换法案)的监管约束之下。同时,所有存储在Google云平台上的数据都会保证隐私并加密。

斯坦福医疗系统包括斯坦福医学院、斯坦福健康护理和斯坦福儿童医院。财政信息和其他条款并未公开。

“这个协议将三方面的专业融合在了一起:数据科学、生命科学研究和临床护理。”Google行业解决方案工程的副总Sam Schillace说,“下一个阶段推动医疗健康更深理解和更快进步的人将来自于这三个领域的先锋者,他们共同合作来建立下一代的工具和数据平台。(生物谷Bioon.com)

Cell Dis:线粒体与核内基因交流 借助表观遗传途径促进肿瘤进展

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Cell Dis:线粒体与核内基因交流 借助表观遗传途径促进肿瘤进展

2016年12月25日讯 /生物谷BIOON/ –线粒体作为细胞的能量工厂经常在癌症,衰老,神经退行性疾病和心脏疾病中发生异常。线粒体发生的变化是否与癌症扩散存在真正联系一直存在争议。

在一项发表在国际学术期刊Cell Discovery上的最新研究中,来自宾夕法尼亚大学的研究人员发现线粒体借助一个新机制影响细胞核内与肿瘤进展相关的基因表达。参与该机制的一种蛋白能够响应线粒体氧化或代谢应激,进而影响表观遗传过程。利用化合物阻断这种相互作用,就可以降低癌基因的表达。

“我们的研究证明线粒体功能与细胞核内基因表达存在关联,”Narayan Avadhani教授这样说道。“我们知道这种信号对癌症进展的早期阶段有直接作用,参与其中的蛋白会是阻断这条信号甚至阻断癌症进展的好靶点。”

Avadhani的研究小组已经发表了一些文章提出证据表明减少线粒体数目或破坏线粒体功能会促进癌症发展,他们认为线粒体会触发一个应激信号向细胞核发出预警。

研究人员将他们的注意力放在hnRNPA2蛋白上,他们之前曾经发现该蛋白能够应答线粒体应激,也与细胞核内DNA有密切关联。hnRNPA2是一个RNA结合蛋白,最近被证明参与癌症进展。

研究人员在降低了线粒体数目的细胞内改变hnRNPA2活性,进一步研究该蛋白在线粒体-细胞核交流过程中发挥的作用。他们发现hnRNPA2能够激活细胞核内应激相关基因的启动子。进一步研究揭示hnRNPA2能够通过在组蛋白上添加乙酰辅酶A 基团(乙酰化)开启基因的表达。组蛋白的乙酰化修饰能够帮助解开紧密包装的染色质,让转录过程进行得更加容易。

除了激活应激相关基因维持生长和细胞永生,肿瘤细胞还会激活端粒酶确保细胞端粒始终处于合适长度。研究人员发现虽然在线粒体数目减少的细胞内端粒酶表达水平会出现增加,阻断hnRNPA2表达能够逆转这种情况。

研究人员还进一步证实了这个蛋白如何作为乙酰转移酶发挥乙酰化作用,突变其中几个重要位点该蛋白的乙酰转移酶活性会大大受到影响。

最后为了检验hnRNPA2与肿瘤进展之间的关联,研究人员发现虽然线粒体数目减少的细胞侵袭能力更强,但是表达突变hnRNPA2的细胞却缺少了这种能力。

研究人员希望未来能够开发一些小分子阻断hnRNPA2的催化活性,看是否能够阻止癌细胞的侵袭和转移。(基因宝jiyinbao.com)

本文系生物谷原创编译整理,欢迎转载!点击 获取授权 。更多资讯请下载生物谷APP.

DOI: 10.1038/celldisc.2016.45 

HnRNPA2 is a novel histone acetyltransferase that mediates mitochondrial stress-induced nuclear gene expression

Manti Guha, Satish Srinivasan, Kip Guja, Edison Mejia, Miguel Garcia-Diaz, F Brad Johnson, Gordon Ruthel, Brett A Kaufman, Eric F Rappaport, M Rebecca Glineburg, Ji-Kang Fang, Andres Klein Szanto, Hiroshi Nakagawa, Jeelan Basha, Tapas Kundu, Narayan G Avadhani

断肢再生不是梦 人类可能就具备这种基因

基因君

网易科技讯8月10日消息,据外媒报道,在好莱坞大热动作片《死侍》中,男主角通过基因改造获得了断肢再生的能力。科学家表示,未来这种超级英雄专属的能力可能会进入千家万户,只需吃几个药片来激活遗传机制就能实现。
断肢再生不是梦 人类可能就具备这种基因
在好莱坞大热动作片《死侍》中,男主角通过基因改造获得了断肢再生的能力
断肢再生不是梦 人类可能就具备这种基因
蝾螈
近日,科学家们发现了一组基因开关,它可使蝾螈等动物再生肢体和身体组织,而这组基因开关可能会揭晓断肢再生的秘密。蝾螈是一种原始两栖动物,全世界大约有400多种,它们可以再生尾巴、腿,甚至脊髓。科学家发现它与另外两种生物共享一种基因机制,这两种生物也具有组织再生能力,它们分别是斑马鱼和多鳍鱼。
断肢再生不是梦 人类可能就具备这种基因
斑马鱼
断肢再生不是梦 人类可能就具备这种基因
多鳍鱼
这一发现意味着这三种生物可能继承4.2亿年前一种相同祖先的再生能力,人类可能也继承一些它们的基因,但是这些基因在人体的活跃性非常低。
通过这一发现,未来科学家们有望提高人类的创伤愈合能力,甚至可以再生肢体组织。美国MDI生物学实验室生物学家尹沃特博士表示:“人类肢体再生听起来有点儿像科幻小说的情节,但未来它很可能成为现实。”
“事实上,我们识别了3种具有不同类型附体的肢体再生生物的基因信息,这就意味着自然界存在一种共同的‘基因开关’,它可以调控所有动物(包括人类)的再生能力。”尹沃特博士说道。
对这三种生物体内的胚芽细胞形成进行研究后,研究人员发现这三种生物中存在一种共同的基因组,它们都受到一种叫做“microRNAs”的基因调节网络控制。“microRNAs”具有较短的基因物质序列,对于基因表达调控具有重要作用。研究小组发现了蝾螈、斑马鱼和多鳍鱼肢体再生能力具有重要意义的10种microRNAs,其中5个microRNAs在肢体再生期间开启,而其它5个则相应关闭。
该项研究负责人本杰明·金表示:“我们发现这三种生物的基因表情具有惊人的相似性。”
研究人员称他们也发现了人体中的4种RNA碎片。目前他们希望进一步探寻激活人类等生物肢体再生能力的密码。据悉,药物可用于开启这种再生机制,从而有助于加速治愈和取代受损组织。同时,这也可以用于再生截肢后的受损神经组织,从而让断肢更有效地与假肢进行结合。
虽然该技术是人类的福音,但科学家们认为,想成为死侍一样的超级英雄,恐怕人类还得再等上数十年。(生物谷Bioon.com)

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2016(第八届)干细胞技术与临床转化论坛

会议时间:2016.10.14-2016.10.15     会议地点:北京

会议详情: http://www.bioon.com/z/2016stemcell/

同期活动:10月13日iPSCs十年-技术、应用与未来愿景探讨高端沙龙:http://www.bioon.com/z/2016iPscs/

昆明动物所等对树鼩KLF基因家族全长及锌指结构进行系统分析

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近日,中国科学院昆明动物研究所肿瘤生物学学科组将全部17种树鼩KLF家族因子鉴定出来,并对基因家族全长以及锌指结构域进行系统分析。相关成果在线发表在杂志Oncotarget上,昆明动物所、昆明理工大学联合培养硕士研究生邵明、葛广哲及昆明理工大学硕士研究生刘文婧为论文的共同第一作者。
树鼩作为与人类亲缘关系较近的类灵长类动物,因具有个体较小、繁殖快、易于饲养等传统动物模型的优点,正在成为一种新型而有潜力的疾病动物模型。昆明动物所在2013年解析出树鼩基因组以后,近年来陆续建立了树鼩乳腺癌、非酒精性脂肪肝、2型糖尿病、疱疹病毒感染的脑炎和肌膜炎、抑郁症等疾病模型。
KLF基因家族是一类含有三个高度保守的串联锌指结构的转录因子家族,KLF因子调|控基因的表达,在动物细胞的增殖、分化、衰老、死亡以及癌变中起着重要作用。前期研究发现KLF5在基底型乳腺癌干细胞维持中起着关键的作用。KLF家族在许多物种中得到鉴定,包括人类、小鼠、猪、鸡、斑马鱼、线虫等,但树鼩KLF基因家族的系统发生及表达谱还没有研究报道。
肿瘤生物学学科组研究发现,通过氨基酸全长进化树分析,树鼩17种KLF因子在物种间保守。树鼩高度保守的锌指结构与人有超过平均97%的同源性,略高于小鼠。锌指结构进化树分析发现,树鼩KLF1,2,5,17在进化地位上明显比小鼠更接近于人。对高度可变的N端功能基序的分析表明,树鼩KLF3,8,12有保守的CtBP结合序列PVDLS/T,树鼩KLF9,10,11包含保守的Sin3A结合序列AA/VXXL。核定位(NLS)序列比对发现,树鼩KLF1,4,8,13在N端拥有高度保守的NLS序列。通过RT-qPCR和WB揭示了树鼩KLF因子在不同组织中不同的表达模式。最后对树鼩KLF5序列单独分析发现,KLF5蛋白序列中存在重要的翻译后修饰位点,比如S153磷酸化位点,K369乙酰化位点,K162和K209 类泛素化(SUMO)位点都在树鼩保守存在。泛素连接酶Fbw7以及WWP1识别的KLF5蛋白CPD和PY序列也同样严格保守,且树鼩KLF5与人类KLF5都具有促进细胞增殖的功能。该研究首次对树鼩KLF基因家族进行鉴定及分析,发现树鼩KLF基因家族在进化上较保守,比小鼠更接近于人。树鼩KLF蛋白结构与功能和人体中同源家族基因高度类似。研究结果为进一步以树鼩为疾病动物模型研究KLF家族因子与疾病的关系奠定了基础。
该研究得到国家自然科学基金和中科院昆明动物所一三五项目资助。
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2017模式动物与重大疾病动物模型研究与应用研讨会

会议时间:2017.3.24 -3.25      会议地点:上海

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

Nature子刊:科学家发现10个新的智力障碍易感基因

基因君

Nature子刊:科学家发现10个新的智力障碍易感基因

研究人员首先分析了荷兰奈梅亨大学医学中心遗传检测项目中的外显子组测序结果,包括820名轻度到重度智力障碍儿童及其父母的数据,随后又分析了已发表研究中约1300个家庭(双亲和孩子)的测序数据。

从这2104个家庭中出现的2637个新生突变中,研究人员发现了10个基因出现新生功能缺失突变过表达,其中包括染色质修饰、脆性X染色体、突触可塑性以及胚胎发育通路相关的基因。这项研究结果近期发表在《Nature Neuroscience》上。

文章共同通讯作者、奈梅亨大学医学中心人类遗传学研究员Christian Gilissen等人写道,“我们的研究表明了新生突变对一系列神经发育表型的影响。大量罕见的显性发育障碍基因还有待进一步被鉴定。”

10个新的智力障碍易感基因的发现过程

研究小组选取患有智力障碍的461个男孩和359个女孩以及他们的父母,利用安捷伦SureSelect富集系统分离基因组的蛋白编码序列,利用Illumina HiSeq测序仪进行测序,外显子组测序平均深度为75X。

研究人员发现了1083个疑似新生突变,这些突变影响了915个基因。他们又分析了基因特异性突变率,发现了18个已知智力障碍基因在患者组中受到新生突变不成比例的影响。

为了找到新的候选基因,研究小组去除掉携带有已知智力障碍基因的个体,再次进行分析,将候选基因缩小到4个基因,分别为DLG4、PPM1D、SOX5和TCF20,在智力障碍儿童中这四个基因频繁地出现新生突变。

研究人员进一步结合已发表研究中测序家庭的数据,共对2104个家庭的测序数据进行分析,结果发现了另外6个候选基因。

在1471个没有已知智力障碍基因突变的个体中,研究人员对受1400个新生突变影响的1235个基因进行meta分析,结果在较小样本集合中发现了4个基因(DLG4、PPM1D、SOX5、TCF20),以及另外6个基因:RAC1、SMAD6、SON、TLK2、TRIP12和SYNCRIP,在智力障碍患者中这些基因会出现更多的功能缺失性新生突变。

研究小组指出,在一些基因中出现的新生突变可能会产生重叠的临床特征,例如在两个接受检测的小孩中发现了TLK2基因的突变,这两个孩子具有相似的面部先天性畸形。

这项新分析中鉴定出的许多受新生突变影响的基因和通路,与智力障碍、自闭症谱系障碍(ASD)或其他神经发育疾病患者中已经发现的基因重叠。

但文章作者表示,他们鉴定出的新基因中只有两个基因与另一篇发布在bioRxiv上的发育障碍研究检测到的受新生突变影响的基因重叠,不认同神经发育疾病中大部分受新生突变影响的基因已经被鉴定出来了的这种观点。(生物谷Bioon.com)

基因魔剪专利之争现新变数?杜德纳发现新“剪刀”并申请专利

基因君

12月23日凌晨零时,女生物学家、美国加州大学伯克利分校的研究者詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)与合作者发表论文称,她们发现了新的CRISPR-Cas基因编辑系统X和Y:CRISPR–CasX 、CRISPR–CasY,可能用于开发极具应用价值的基因编辑工具。

基因魔剪专利之争现新变数?杜德纳发现新“剪刀”并申请专利

结合着DNA的Cas9

詹妮弗·杜德纳显然吸取了CRISPR-Cas9专利之争的教训:该论文标明,加州大学已就论文中的最新发现,向美国专利商标局提交了临时专利(provisional patent)申请,詹妮弗·杜德纳是多位发明人之一。

基因魔剪专利之争现新变数?杜德纳发现新“剪刀”并申请专利

杜德纳(左)

该研究论文很短,其文字部分仅三页(Research Letter),其论文标题为《来自非培养微生物的新CRISPR-Cas系统》(New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes)(DOI: 10.1038/nature21059),目前已在线发表在国际学术期刊《自然》(Nature)上。詹妮弗·杜德纳和同样来自美国加州大学伯克利分校研究者、女科学家吉莲·班菲尔德(Jillian F. Banfield)为该论文的两位通讯作者。

新CRISPR-Cas基因编辑系统X和Y发现于非培养物,或被称为“不可培养物”。人类生存的自然环境中充斥着各种各样的微生物,比如细菌、真菌。人们目前只发现有限几种培养方法,可以培养出种类有限的微生物。更多种类的微生物,还隐藏在人类的认知疆域之外。

吉莲·班菲尔德带领的研究人员,跳过“培养”这一步骤,“直接”研究了地下水、土壤、婴儿肠道和其它各种环境中微生物。在它们的基因组中,经过与CRISPR-Cas9的类比,她们发现了CRISPR–CasX 和CRISPR–CasY。

这两种系统在詹妮弗·杜德纳的实验室接受了检测,其活性得到了证实。

此外,论文作者还首次报告称,在古菌域中发现了Cas9。这引人关注,因为过去学术界一直认为原核生物没有此类基因编辑系统。

CRISPR–Cas系统中的Cas,指的是“基因魔剪”中的剪刀,而CRISPR帮助剪刀确定剪开的位置。

2012年6月28日,詹妮弗·杜德纳实验室在《科学》(Science)杂志发表论文(A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity)称,利用CRISPR-Cas9系统在生物体外、试管中,实现了对DNA序列的修改;次年,2013年1月29日,杜德纳实验室将这一技术成功应用在人类细胞中的论文发表在《Elife》上(RNA-programmed genome editing in human cells)。

但此前,美国博德研究所张锋课题组将这一系统应用在人类细胞上的研究论文已于2013年1月3日发表在《科学》杂志上。并且通过缴纳专利快速审核费用,张锋率先拿到了CRISPR-Cas9系统应用于哺乳动物细胞的专利。

加州大学伯克利分校提起诉讼,以争夺这一专利的归属权,目前,美国专利商标局尚未做出最终裁决。

DNA或基因被称为生物体的“底层密码”。对这一密码的修改,因为食品工业、制药业和临床治疗等领域的需求,早已开始广泛应用。

除了转基因技术,基因编辑技术是目前最常用的修改基因(或基因组)的技术。

CRISPR-Cas9是目前最前沿的基因编辑技术,全球科研人员都在试图开发更实用的基因编辑技术,超越CRISPR-Cas9。比如,备受国际社会关注河北科技大学副教授韩春雨课题组,5月2日,他们与合作者在《自然》子刊《自然·生物技术》发表论文称,发现了效率高于CRISPR-Cas9的新的基因编辑技术Ng-Ago技术,但其实验结果目前遭到重重质疑,并被学术期刊调查中。

此外,9月15日,南京大学医学院附属金陵医院的周国华研究员、南京大学模式动物研究所的赵庆顺教授和朱敏生教授在国际学术期刊《基因组学》(Genome Biology)上发表论文,报告了一种基于结构引导的内切酶(SGN,Structure-guided nuclease)实现体内外DNA任意序列的靶向和切割的基因编辑新技术。(生物谷Bioon.com)

谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测

基因君

你可能听说过这样一件事:


2013年,好莱坞巨星、女神中的女神——安吉丽娜·朱莉进行了一次基因检测,结果查出BRCA1基因缺陷,这意味着她拥有87% 的几率罹患乳癌。得知结果后,她毅然切除了自己的双侧乳腺,将该几率降至5%以下。


消息一出,预防性基因检测一时风头无两 。《时代周刊》更是直接将这种现象命名为:安吉丽娜效应。


谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测
 ▲  时代周刊杂志封面:安吉丽娜效应


朱莉并没有公开为其提供基因检测的公司到底是哪一家,但很有可能就是本篇文章的主角:基因检测行业的翘楚、资本市场的宠儿、FDA的欢喜冤家、十年来跌跌撞撞但越来越坚强的不死鸟——2006年创立于加州山景城的23andMe

 

顾名思义,数字23代表了人类的23对染色体,而他们提供的服务便是告诉你:你和你的基因有什么关系。

 谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测
▲  23andMe:你和你的基因之间有什么关系?


在23andMe,只需要付出99美元和几口唾沫,就可以得到以下信息:


■  你的祖先从哪里来(你有百分之多少的非洲人、亚洲人、欧洲人甚至尼安德特人血统)?


■  你的外貌特征(如头发颜色)和饮食习惯


■  你在数据库里有没有什么亲戚


谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测
▲  某测试人的祖源分析结果,这位老兄应该是个美国人,主要的血统来源是欧洲、非洲,也有一点点印第安人血统


当然啦,还会有对你的唾沫分析后产生的原始数据。跟星座预测、掌纹解读、半仙算命相比,基因检测的结果当然是靠谱多了。

 

不过,如果你愿意再加100美元,你还将在原始数据的基础上得到以下分析解读:


■  你是否可能患有36种典型的遗传疾病,包括镰刀型红血球疾病、囊纤维化、家族黑蒙性白痴等等。如果你也知道配偶的具体情况,就可以算出孩子患有遗传疾病的概率。


■  如果你在加拿大和英国下单,更是会得到自己多达数百种疾病的患病概率,包括帕金森症、乳腺癌等等。但是,就在朱莉事件公开后不久,在美国此项服务被FDA叫停了


而这一切,都要从一个女人:Anne E. Wojcicki说起。


谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测
▲  Anne E. Wojcicki与23andMe


Wojcicki曾是一名毕业于斯坦福的生物学学生和健康行业投资分析师。2006年,在谷歌、基因泰克等公司的支持下,Wojcicki发起成立了提供基因检测服务的23andMe。

 

然而,她最为外界津津乐道的是她的另一个身份:Google创始人Sergey Brin的前妻。嗯,没错,是前妻

 

他俩的故事堪称一部狗血都市言情多角恋剧。作为一个严肃认真的DT君,我才不会告诉你Brin可能劈腿了女下属,而该女下属可能是谷歌一位前高管的前女友,这位高管很有可能正是因为被上司给绿了就远走他乡跳槽到了远在中国的小米


而Brin和Wojcicki却依然保持着“友谊”“伙伴”般的关系,并共同抚养孩子,而且共同助力23andMe的发展——不仅谷歌到现在还是23andMe的投资方,Brin本人也在前妻这里有投资。

 谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测

▲  曾经的Brin和Wojcicki


除此之外,Brin也做了 23andMe的基因测试,结果发现他拥有很高的罹患帕金森综合征的概率。于是他一边积极进行各种预防帕金森综合征的锻炼活动,一边豪掷10亿美金用于相关治疗。而运营这笔资助的基金会,叫做Brin·Wojcicki基金会。


但23andMe的故事,要比Wojcicki和Brin的八卦精彩得多。

 

自诞生起,23andMe就备受争议与关注。这包括一门新兴的技术、一场与监管方FDA的爱恨情仇,和一个独角兽的生意经。

 

基因检测技术: 到底能告诉我们什么?

 

23andMe采用SNP(基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性)技术,即通过客户提供的唾液样本,用基因芯片对人体基因组的65万个位点进行检测。


换句话说,23andMe并不是对你的全部基因组进行测序,而是只对一些可能存在问题的位点进行筛查。据此,23andMe便生成了非常靠谱的祖源分析与看上去非常靠谱的健康分析:用户有多大的概率罹患某种疾病

 

然而,这一技术用于娱乐性质的“我从哪里来”是可以的,用于“我将如何死去”就是忽悠大于实质了。

 

首先,23andMe采用的Illumina芯片一次只能筛查最多100万个位点,这些位点只占人的基因组上预计SNP总数的三分之一、人类基因组总碱基数的万分之三。数据总量先天不足。

 

第二,23andMe已经完成至少120万份样本的采集,但这个数字对于研究60亿人口的基因与疾病的关系还远远不够。更不用说这些数据多来自于北美、英国等地,导致其对于其他地区甚至连祖源分析都不够准确。

 

第三,基因检测只是万里长征第一步,最大的挑战在于数据的解读与分析。到目前为止,关于许多基因位点与疾病关系的研究还停留在刚刚开始、经常互相矛盾、不同实验室结果偏差巨大的初级阶段


谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测
▲  基因信息烟波浩渺,人类对自己基因的解读还停留在初级阶段

 

此外,人类体内不是只有自己的基因,与我们共生的各种微生物对我们有着重要的影响。更不用说对于疾病来说,后天的生长环境、每个人的心理健康等影响因素有时候比基因更重要。

 

然而,正是基于这些还远远不够完善的数据库和很不成熟的研究结果,23andMe便号称可以提供患病概率预测。这直接导致了来自学界的严重质疑。


芝加哥大学人类遗传系教授Bruce Lahn就说:“23andMe的服务很大成分是商业炒作,甚至是涉嫌骗人的把戏。和这个领域内的大多数专家一样,我认为 23andMe提供的疾病风险信息目前没有太大用处”。


谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测

 ▲  芝加哥大学人类遗传系教授Bruce Lahn。来,看着我正义的眼神,敢说你没有撒谎?


FDA的爱恨情仇

 

正是由于上面提到的各种不靠谱,FDA于2013年11月要求23andMe下架所有关于疾病风险评估的服务与广告。当时的23andMe正如日中天,但FDA的这道禁令可谓当头一棒。自此,两家开始了一段跌宕起伏的恩怨情仇。

  谷歌夫妻店的独角兽之路,看23andMe如何突破基因检测

Nat Methods:开发出一种可加速对人类基因组分析的新技术

基因君

Nat Methods:开发出一种可加速对人类基因组分析的新技术

图片摘自:www.huffingtonpost.com

2016年8月10日 讯 /生物谷BIOON/ –刊登在国际杂志Nature Methods上的一项研究报告中,来自澳大利亚的研究者通过研究开发了一种新型“模具”,即可以反映人类基因组的合成性镜像DNA序列,这种用于绘制并且分析基因组复杂性的直观新技术或将被学术研究者免费使用。人类基因组是一个包含有超过60亿个碱基且非常复杂的序列,尽管如今我们可以廉价且快速地对一个人的基因组进行测序,但对人类基因组随后的分析却是一个非常困难的问题。

为了改善对人类基因组分析的质量,本文的研究者基于合成性的人类基因组序列开发出了一种名为Sequins的新技术。研究者Tim Mercer博士指出,人类基因组测序可以改变生物医药研究及人们的医疗保健,随着基因组测序越来越多地被用于诊断疾病,对于研究者而言理解基因组数据的准确性和应用就显得尤为重要。文章中研究者Mercer及其同事在测序过程中,就将小型延伸的合成性DNA加入到人类的DNA样本中,随后这些特殊的合成性DNA就可以作为内部标准物来帮助研究人员分析基因组测序期间所产生的大量数据文件。

研究者认为Sequins技术是基于一种直观相对简单的概念而开发的,即镜像DNA的概念;从本质上来讲,sequins就是天然DNA序列的镜像,就像人类一样,基因组总有着旋向性(’handedness’),就好比我们的右手和左手不一样,sequins往往不同于天然的基因组序列,因此sequins的行为同天然基因组序列的行为相似,但其却很容易被分辨出是合成性的。

研究者Mercer指出,Sequins技术是首个可以将诊断统计学应用于每一个个体的基因组测序试验中的新技术,而且我们预测该技术可以帮助改善对遗传性疾病诊断的可靠性和敏感性。如今利用Sequins技术研究者就可以明显改善对癌症的诊断。在癌症诊断中将Sequins技术同临床试验相结合或许就可以增加单一诊断测试的可靠性,从而减少不正确的诊断次数,并且给予临床医生更大的自信来对患者进行更加精准的诊断。

研究者John Mattick教授说道,Sequins技术可以将DNA测序引入到临床标准中,同时其也是一个很好的平台帮助进行基因组研究和医药领域的相关研究;Sequins的潜在应用还很多,由于从细菌到人类所有有机体的基因组都具有旋向性,因此Sequins就可以有针对性地对任一有机体来设计,或者应用于任何新一代测序应用中。(基因宝jiyinbao.com)

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Representing genetic variation with synthetic DNA standards

Ira W Deveson, Wendy Y Chen, Ted Wong, Simon A Hardwick, Stacey B Andersen, Lars K Nielsen, John S Mattick & Tim R Mercer

The identification of genetic variation with next-generation sequencing is confounded by the complexity of the human genome sequence and by biases that arise during library preparation, sequencing and analysis. We have developed a set of synthetic DNA standards, termed ‘sequins’, that emulate human genetic features and constitute qualitative and quantitative spike-in controls for genome sequencing. Sequencing reads derived from sequins align exclusively to an artificial in silico reference chromosome, rather than the human reference genome, which allows them them to be partitioned for parallel analysis. Here we use this approach to represent common and clinically relevant genetic variation, ranging from single nucleotide variants to large structural rearrangements and copy-number variation. We validate the design and performance of sequin standards by comparison to examples in the NA12878 reference genome, and we demonstrate their utility during the detection and quantification of variants. We provide sequins as a standardized, quantitative resource against which human genetic variation can be measured and diagnostic performance assessed.

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