基因新闻 第85页

2019年5月18日讯/生物谷BIOON/—要听妈妈的话：西兰花是有好处的。长期以来与降低癌症风险有关的西兰花和其他十字花科蔬菜—-包括花椰菜、卷心菜、羽衣甘蓝、球芽甘蓝和无头甘蓝—含有一种让一个已知在多种常见人类癌症中发挥作用的基因失活的分子。

在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院、波士顿儿童医院、西奈山伊坎医学院、南卡罗来纳大学、中国台湾中央研究院、国立台湾大学、浙江大学医学院、意大利都灵大学、澳大利亚莫纳什大学和印度海德拉巴语调研究实验室的研究人员证实利用在西兰花中发现的这种成分靶向这个称为WWP1的基因抑制易患癌症的实验室动物中的肿瘤生长。相关研究结果发表在2019年5月17日的Science期刊上，论文标题为“Reactivation of PTEN tumor suppressor for cancer treatment through inhibition of a MYC-WWP1 inhibitory pathway”。论文通讯作者为哈佛医学院的Pier Paolo Pandolfi博士。

Pandolfi说，“我们找到了一个新的重要参与者，它推动了一种对癌症产生至关重要的途径。这种参与者是一种酶，可以用在西兰花和其他十字花科蔬菜中发现的一种天然化合物来加以抑制。这条途径不仅作为肿瘤生长控制的调节剂，而且作为一种我们能够利用治疗方案加以靶向的致命弱点。”

作为一个众所周知的强效的肿瘤抑制基因，PTEN是人类癌症中最常发生突变、缺失、下调或沉默的肿瘤抑制基因之一。某些遗传性PTEN突变可导致以癌症易感性和发育缺陷为特征的综合征。不过鉴于这个基因的完全丧失会触发一种不可逆转的强效的安全机制来阻止癌细胞增殖，这个基因的两个拷贝（人类的每个基因有两个拷贝，一个拷贝来自父本，另一个拷贝来自母本）很少同时受到影响。相反，肿瘤细胞表现出较低水平的PTEN，这就提出了一个问题，即将癌症环境中的PTEN活性恢复到正常水平是否能够激活这个基因的肿瘤抑制活性。

为了找到答案，Pandolfi及其同事们鉴定出调节PTEN功能和激活的分子和化合物。Pandolfi团队在易患癌症的小鼠和人类细胞中进行了一系列实验后，发现一种称为WWP1的基因—也已知它在癌症产生中发挥作用—产生一种酶来抑制PTEN的肿瘤抑制活性。如何让抑制PTEN的这个酶失活？通过分析这种酶的物理形状，他们认识到一种小分子—正式命名为吲哚-3-甲醇（indole-3-carbinol, I3C），即一种在西兰花和其他十字花科蔬菜中发现的成分，可能是抑制WWP1致癌作用的关键。

当Pandolfi及其同事们通过给易患癌症的实验室动物提供I3C来测试这一想法时，他们发现这个在西兰花中天然存在的成分让WWP1失活，从而解除WWP1对PTEN的肿瘤抑制活性的抑制。

但是，先别去农贸市场；论文第一作者、Pandolfi实验室成员Yu-Ru Lee博士指出，你必须每天吃将近6磅的球芽甘蓝—并且在那里吃未经烹煮的球芽甘蓝—才能获得潜在的抗癌益处。这就是Pandolfi团队正在寻求其他方式来利用这些新知识的原因。他们计划进一步研究WWP1的功能，最终目标是开发更有效的WWP1抑制剂。

Pandolfi说，“使用CRISPR技术或I3C对WWP1进行遗传或药物灭活可能能够恢复PTEN的功能并进一步释放它的肿瘤抑制活性。这些研究结果为长期寻求用于癌症治疗的肿瘤抑制基因再激活方法铺平了道路。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yu-Ru Lee et al. Reactivation of PTEN tumor suppressor for cancer treatment through inhibition of a MYC-WWP1 inhibitory pathway. Science, 2019, doi:10.1126/science.aau0159.

Ramon Parsons. Restoring tumor suppression. Science, 2019, doi:10.1126/science.aax5526.

一个国际科研团队新近完成了迄今最大规模的肺炎链球菌“基因组普查”。研究人员对来自51个国家和地区的约2万份病菌样本进行基因组测序，相关数据对了解不同菌株的分布和进化有重要意义，可帮助确定未来的疫苗研发方向。

这个名为“全球肺炎链球菌测序计划”的项目由英国韦尔科姆基金会桑格研究所主导，美国、以色列、南非和中国香港等地的多家机构参与。相关论文发表在英国《柳叶刀·传染病》杂志上。

桑格研究所日前发表新闻公报说，研究人员总共发现了621个肺炎链球菌菌株，每个菌株都有一种或多种表面抗原类型。病菌样本取自接种疫苗前后不同时期，揭示了病菌进化出新形态以躲避疫苗攻击的情形。

肺炎是全球主要传染病之一，也是5岁以下儿童的头号致死疾病，其细菌型病原体以肺炎链球菌为主。许多国家近年来针对儿童开展大规模疫苗接种，但全球肺炎发病率仍然很高。其中一个原因是，主要肺炎疫苗针对7种或13种常见的肺炎链球菌表面抗原，而已知的表面抗原类型超过100种。

研究人员说，相关数据使人们首次了解全球范围的肺炎链球菌感染情况，弄清不同地区常见的菌株。此外，根据病菌在疫苗压力下的进化规律，可以预测特定地区接种疫苗后会出现什么样的新菌株，及时制订应对方案。由于细菌进化速度非常快，研究人员认为应当持续进行全球范围的基因组监测。

该项目首席研究员、美国埃默里大学全球卫生研究所所长罗伯特·布雷曼说，“全球肺炎链球菌测序计划”开启了基因组学与公共卫生工作结合的新时代，这种结合在优化疾病预防策略方面有着无与伦比的能力，并为预测和应对新挑战提供了一种极富价值的工具。(生物谷Bioon.com）

随着世界范围内布尼亚病毒引起的人类动植物新发或再发传染病暴发流行，例如最近在我国持续危害公共卫生安全的白蛉病毒属病毒，新布尼亚病毒——发热伴血小板减少综合征(SFTS phlebovirus)，布尼亚病毒已受到人们越来越多的关注。而早在1915年，澳大利亚就已经报道了由植物布尼亚病毒“番茄斑萎病毒，TSWV”引起的番茄病害，该植物布尼亚病毒目前已在全球造成危害，是中国进境植物检疫性有害生物。

大部分布尼亚病毒均由媒介生物传播，病毒与其传播媒介能够“和平相处”，但对人类和植物宿主却造成了极大的危害，引起严重的出血热等致命症状和作物绝收。另外该类病毒具有操纵媒介生物的行为，加速病毒自身向脊椎动物、鸟类、昆虫和植物的传播。这种病毒与媒介生物和谐共处，并通过操纵宿主有利于媒介昆虫，从而间接有利于病毒传播的行为，被学界称为病毒的“情商，EQ”。然而，这种EQ背后的分子机制尚不清楚。目前控制该类病毒引起的病害的主要方法是控制其传播媒介，阻断其传播途径，因此研究病毒操控宿主的机制，把对布尼亚病毒病的控制关口前移，将最大程度地减轻布尼亚病毒病的危害。这种保守的现象是普遍存在各种布尼亚病毒的，在高致病性人类布尼亚病毒进行分子机制研究较困难，所以，植物布尼亚病毒为这类现象的解析提供了好的模式系统。中国科学院微生物研究所叶健课题组最新的研究成果鉴定了植物布尼亚病毒“EQ”基因，并且找到了病毒靶向植物宿主的“阿喀琉斯之踵”，一类人类原癌基因MYC的植物同源基因。

植物挥发性萜烯类化合物是重要的抗性分子和关键的生态因子，调控了植物—媒介昆虫，植物—授粉昆虫，以及植物—植物的生态互作。研究人员发现TSWV可以通过感染辣椒，抑制辣椒基因组8号染色体的多个TPS基因的转录水平，降低多种辣椒挥发性单萜的生物合成和释放，昆虫行为学测定表明这类单萜是媒介西花蓟马的趋避剂（图1）。研究人员进一步鉴定了TSWV的非结构蛋白NSs是这种病毒“EQ”的决定因子。NSs抑制植物趋避剂单萜的生物合成，导致了对媒介昆虫的吸引作用。

植物激素茉莉酸（jasmonic acid， JA）是一种介导植物对昆虫抗性的重要激素，转录因子MYC2及其同源蛋白MYC3，MYC4是JA途径中的关键调控因子。研究人员发现，包括本世纪初入侵我国的TSWV在内的多种植物布尼亚病毒进化出了一种保守的分子机制，NSs蛋白能够通过与MYC2/3/4互作而干扰其原有细胞定位模式。MYC家族是其激活所调控的下游多种抗虫相关次生代谢物质的合成代谢相关的基因所必需的，例如萜烯类化合物挥发物和芥子油苷（glucosinolate）等，这种病毒对关键抗虫调控转录因子的“胁持”，使得西花蓟马在寄主定位时更偏好选择被布尼亚病毒感染的植物；而且定殖在病毒感染或表达NSs蛋白植物上的西花蓟马具有产卵量多的特点，西花蓟马种群密度的增长造成了大范围病毒病害的发生（图2）。

由于NSs蛋白在大多布尼亚病毒目病毒中保守存在，该项研究成果不但为绿色防控植物布尼亚病毒病害和西花蓟马提供了分子靶标和化合物前体，也为其他虫媒人类和动物布尼亚病毒等病害的研究提供了借鉴。值得注意的是，该项研究成果同该课题组早先发表的植物双生病毒与其媒介昆虫烟粉虱形成的互惠共生关系，有很多相似点，例如其宿主靶标蛋白均趋同靶向为MYC家族转录因子（Li et al. Plant Cell 2014），说明对植物抗性具有重要作用的MYC蛋白，同时也是植物的“阿喀琉斯之踵”，是多种植物病原攻击宿主的主要靶标之一。该成果已经在线发表在国际病原学领域期刊PLoS Pathogens。叶健课题组的研究生吴秀娟和徐爽为共同第一作者，中科院院士方荣祥和助理研究员赵平芝、姚香梅、孙艳伟、博后张璇为文章的共同作者，叶健为通讯作者。此项研究受到中科院战略性先导科技专项（B类）、国家自然基金委重点、国家优青项目等的支持。(生物谷Bioon.com）

近日，中国农业科学院作物科学研究所研究员、中国工程院院士万建民团队克隆了水稻小穗发育新基因OsPEX5，并对其调控水稻小穗发育的分子机制进行了深入研究。相关研究成果在线发表在《新植物学家》上。

小穗是禾本科植物花序的独特结构单位，其是否正常发育决定了水稻的产量和品质。对水稻小穗发育分子调控机理的研究具有重要的理论价值和现实意义。

该团队以水稻小穗发育畸形突变体为材料，通过图位克隆方法鉴定了一个编码过氧化物酶体受体蛋白基因OsPEX5。OsPEX5蛋白可以与茉莉酸生物合成途径的12-氧—植物二烯酸还原酶发生互作，并影响其过氧化物酶体定位，造成突变体中茉莉酸含量下降，且通过外源甲基茉莉酸处理部分恢复其小穗异常的表型。

进一步研究发现，水稻茉莉酸信号途径中的正向调控因子可以结合到花发育关键基因的启动子上并激活其表达，这种激活作用会被茉莉酸信号途径中的负调控因子所拮抗。该研究完善了茉莉酸调节植物生殖发育的分子机制，并为调控植物中茉莉酸的生物合成提供了重要的理论基础。(生物谷Bioon.com）

2019年10月13日讯/生物谷BIOON/—尽管CRISPR技术允许对基因组进行更好的操纵，并对现代药物开发和更好的新型抗生素的发现产生许多积极影响，但是当使用该技术时，仍然存在诸如基因组不稳定和Cas9蛋白毒性等重大问题。

不过，在一项新的研究中，来自丹麦技术大学的研究人员开发出一种称为CRISPR-BEST的新工具，它有望成为CRISPR工具箱中的新成员。这种工具可以在不需要引入DNA双链断裂的情况下高效地在放线菌中产生突变。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上，论文标题为“Highly efficient DSB-free base editing for streptomycetes with CRISPR-BEST”。

因此，CRISPR-BEST系统解决了放线菌基因工程所面临的一项重大挑战，这是因为引入DNA双链断裂经常导致基因组不稳定，这就迫使放线菌发生重排，或者甚至剔除较大的染色体片段—这是当对细胞进行基因改造以便产生物活性化合物和新型抗生素时想要避免的一种现象。

论文第一作者、丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性研究中心研究员Yaojun Tong说，“CRISPR-BEST解决了与当前CRISPR技术相关的一些主要问题。这可能是朝更好地利用诸如基因操纵和基因编辑之类的生物技术的潜力而迈出的一大步。”

两全其美

开发CRISPR-BEST的想法来自于这些研究人员想要使用常规的CRISPR方法来让一个特定基因失活以便产生抗生素黄色霉素（kirromycin）的新变体。但是，在这些实验中，他们丢失了细菌染色体的绝大部分—总共丢失了130万个碱基对，而不是仅让所需的基因失活，而且这种染色体大片段丢失可能是CRISPR切割染色体所导致的。因此，他们开始寻找提高CRISPR编辑效率但同时避免切割染色体的方法。

为此，他们开发出CRISPR-BEST系统。他们认为CRISPR-BEST是实现这种两全其美的一次成功尝试。

论文通讯作者、丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性研究中心的Tilmann Weber教授说，“我们维持了CRISPR的编辑效率，这允许我们能够非常容易地靶向感兴趣的基因。但是，在另一方面，我们如今能使用非常温和的条件来引入突变，所引入的突变将给细胞带来更少的压力，因而避免了我们构建出的产生抗生素的细菌出现基因组不稳定的问题。”

进一步优化

CRISPR-BEST是朝着正确方向迈出的重要第一步，不过这些研究人员目前正在研究如何进一步提高编辑效率并增加可以同时进行的基因组编辑数量。这些技术进展可能与使用可以处理大量样本的机器人携手并进，这将为在未来进行大量基因组编辑铺平了道路。

Tong说，“放线菌是抗生素和其他生物活性化合物的最佳生产者之一。对放线菌系统性代谢工程而言，仅有少量基因工具具有统性代谢工程方法所需的高通量和可扩展性—因此仅凭我们如今有了一种新工具的这一事实而言，这已经就是一个优势。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Yaojun Tong et al. Highly efficient DSB-free base editing for streptomycetes with CRISPR-BEST. PNAS, 2019, doi:10.1073/pnas.1913493116.

2.CRISPR-BEST prevents genome instability
https://phys.org/news/2019-10-crispr-best-genome-instability.html