基因时代
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Science争论:用CRISPR对胚胎进行基因编辑有到底是有利还是有害?

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2019年9月8日讯 /生物谷BIOON /——自2018年11月”露露”(Lulu)和”娜娜”(Nana)这对基因编辑过的婴儿成为国际新闻以来,科学辩论和媒体猜测围绕着修改他们的CCR5基因的潜在影响展开。最近的一项研究促使《麻省理工学院技术评论》(MIT Technology Review)指出,这对双胞胎增强了记忆力和学习能力,导致全球范围内的模仿故事减少了限制。今年6月,根据发表在《自然医学》(Nature Medicine)杂志上的一篇对CCR5基因变异的人群分析,头条新闻大肆宣扬这些女孩可能缩短了寿命。领导这项研究的加州大学伯克利分校遗传学家Rasmus Nielsen在推特上反驳道:”这种解释既不合理也不负责任。”
一个主要的担忧是,贺建奎试图削弱CCR5基因,该基因是HIV用来感染细胞的免疫细胞上的一种蛋白质的基因,它也使女孩基因组的其他地方发生了”偏离目标”的变化。这些变化可能导致癌症或其他问题。他认为这些婴儿没有这种脱靶突变,尽管一些科学家对目前提供的证据持怀疑态度。
Science争论:用CRISPR对胚胎进行基因编辑有到底是有利还是有害?
图片来源;Science
人们继承两个CCR5副本,每个副本来自父母双方。他选择该基因作为目标,因为他知道大约1%的北欧人出生时,这两种基因都缺失了32对碱基对,导致缺失的蛋白质无法到达细胞表面。这些人称为CCR5Δ32纯合体,显得健康、高度抗艾滋病毒感染。
在他的团队编辑的胚胎中,研究人员并没有试图删除这32对碱基对;相反,研究小组设计了CRISPR,在自然缺失的一端切断碱基对上的CCR5。CRISPR依靠易出错的细胞修复机制完成基因敲除,然后删除Lulu的一个基因副本中的15个碱基对,而另一个则没有。如果只有一个正常的CCR5,预计她将无法预防艾滋病毒。根据他在2018年11月在中国香港举行的国际基因组编辑峰会上展示的一张幻灯片中的数据,娜娜在一份CCR5拷贝中添加了碱基,并从另一份拷贝中删除了碱基,这可能会削弱这两种基因的功能,并提供对艾滋病毒的抵抗力。
他几乎是在每一个胚胎通过体外受精形成后立即添加CRISPR机制的基因,但几位密切研究这张幻灯片的研究人员警告说,它可能是在娜娜的胚胎已经经过单细胞阶段之后才进行编辑的。这意味着她可能是一个基因”嵌合体”,拥有一些正常CCR5的未受影响的细胞,最终可能无法抵御艾滋病毒。
Science争论:用CRISPR对胚胎进行基因编辑有到底是有利还是有害?
图片来源:www.technologyreview.com
1996年,免疫学家Philip Murphy帮助发现了CCR5在HIV感染中的作用,并发表了早期研究成果,展示了这种32碱基对突变如何赋予HIV耐药性。位于马里兰州贝塞斯达的国家过敏和传染病研究所的Murphy警告说,他对这两个女孩进行的CRISPR编辑可能会产生一种功能不可预测的蛋白质突变,从而造成伤害。Murphy说:”这是编辑的一个潜在的复杂性,与潜在的非目标编辑和效果相比,它得到的关注要少得多。”
CCR5蛋白的天然功能是作为趋化因子的受体,趋化因子是免疫系统的信使,但该蛋白的确切影响仍然是一个谜。Murphy在2005年发表的一项小鼠实验中表明,在感染西尼罗病毒期间,CCR5促进了重要免疫细胞向大脑的转运。后来他发现CCR5Δ32纯合子的人感染这种病毒更容易比别人患上严重脑炎,甚至死亡。老鼠和人类的一些研究也发现,从流感病毒CCR5Δ32该得到更多的严重症状;然而,其他研究人员对这种担忧不屑一顾,指出流行病学分析相互矛盾。
进化生物学家一直在思考,为什么这种突变能在北欧人群中存活下来–在东亚几乎不存在–一些人把它与过去对抗黑死病和天花等疾病的生存优势联系在一起。但这些观点几乎没有得到支持。Murphy说:”除了艾滋病毒/艾滋病,所有与CCR5相关的疾病都需要更多的实验支持,才能有信心降低CCR5编辑的风险。”
为了更好地理解CCR5Δ32是否该遭受任何伤害的突变, Nielsen所在的自然医学研究团队分析了英国生物库中大约400000个自愿提供他们的DNA进行测序的英国血统的人的数据。研究发现,CCR5Δ32纯合体的人达到76岁的比例比其他人低20%。”世界上第一个基因编辑的婴儿’更有可能’英年早逝,”这是英国《每日电讯报》(the Telegraph)对这项研究的新闻报道的标题。
但是人们平均在56.5岁时加入这项研究,因此,尽管《每日电讯报》的报道和许多其他知名媒体的新闻报道都提出了建议,但这项研究并没有说明基因突变是否会影响年轻人或76岁以上老人的生存。在tweet上,Nielsen强调说,他的团队的研究结果也有”非常大”的误差范围,因为该研究中涉及的CCR5Δ32纯合体死亡人数较少。更重要的是,露露显然不是CCR5Δ32纯合体,所以结果并不适用于她。至于娜娜,她没有32碱基对突变,而且她的中国基因背景意味着,无论如何,对CCR5的任何改变都可能产生不同的影响。
关于这对双胞胎大脑功能增强的猜测甚至得到了更有力的支持。研究人员在2016年表示,敲除小鼠体内的一个或两个CCR5可以增强它们的记忆力和认知能力。随后的一项研究发现,与对照组动物相比,CCR5受损的小鼠能更快地从中风中恢复,并在脑外伤后改善运动和认知功能。随后的研究发表在2月21日的《Cell》杂志上,其中还包括对68名中风患者的分析,这些患者都有一份CCR5的拷贝,带有HIV耐药性突变;报告的结论是,这些国家的经济复苏也有所改善。从这项研究中推断,《麻省理工学院技术评论》(MIT Technology Review)的一篇文章的标题是”中国的CRISPR双胞胎可能在不经意间增强了他们的大脑”。
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图片来源:https://cn.bing.com
加州大学洛杉矶分校(UC Los Angeles)的神经生物学家Alcino Silva是这两项小鼠研究的合着者之一。”不幸的是,人们有一种误解,认为我们知道如何设计’更聪明的’婴儿,” Silva说–麻省理工学院科技评论文章确实强调了这一点。他的结论是,像他所做的那样进行实验”为时尚早”。他说:”我们知道的还不够多,后果可能是灾难性的。”
或者在Lulu和Nana中编辑CCR5可能根本没有可检测的结果。由于没有人提供有关儿童健康状况的最新消息,这个结果(或许是最有可能的一个)可能永远不会成为头条新闻。(生物谷Bioon.com)
参考资料:


【2】Xinzhu Wei et al. CCR5-?32 is deleterious in the homozygous state in humans. Nature Medicine. pages909-910 (2019). Nature Medicinevolume 25, pages909-910 (2019)




【6】Miou Zhou et al. CCR5 is a suppressor for cortical plasticity and hippocampal learning and memory. eLife 2016;5:e20985 DOI: 10.7554/eLife.20985

【7】Mary T. Joy et al. CCR5 Is a Therapeutic Target for Recovery after Stroke and Traumatic Brain Injury. Cell. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.01.044

【8】William G. Glass et al. Chemokine receptor CCR5 promotes leukocyte trafficking to the brain and survival in West Nile virus infection. Journal of Experimental Medicine, 2005, 202(8): 1087-1098.  DOI: 10.1084/jem.20042530

eLife:基因突变协同让肺癌更恶性!

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2019年9月28日讯 /生物谷BIOON /——根据开放获取的期刊《eLife》上的一篇新报告,科学家已经确切地展示了两种不同基因的突变如何协调驱动恶性肺部肿瘤的发展。
这项在新型基因工程小鼠身上进行的研究观察了肺肿瘤的特征–从小到肉眼看不到到大到可能致命的肿瘤。这一结果为肿瘤进展机制的研究提供了新的线索,并将有助于目前正在开发治疗肺肿瘤药物的研究人员。
肺癌的类型很多:非小细胞肺癌(NSCLC)是全球癌症相关死亡的主要原因,肺腺癌是NSCLC最常见的亚型。约75%的肺腺癌的影响细胞生长的两种重要控制机制发生突变–MAP激酶途径和PI3′-激酶途径。单独的每一种途径都不足以导致肺癌;他们需要协调才能做到这一点。
eLife:基因突变协同让肺癌更恶性!
图片来源:Rutgers University
“我们知道突变MAP激酶途径促进良性肺肿瘤的生长,但相同的细胞的PI3的激酶突变单独不足以启动肿瘤形成,”该研究领导作者、犹他大学洪博培癌症研究所Martin McMahon(通讯作者)实验室前博士后Ed van Veen说道。”相反,这些通路协同驱动恶性肿瘤的生长,但我们不知道这种协同导致了什么分子变化,以及随着癌症的发展,以及肺细胞是如何失去其特征的。”
研究小组研究了只活跃于肺细胞(2型肺泡细胞)发生突变的突变小鼠。他们分析了这些突变在肿瘤发展的不同阶段对单个细胞的基因和蛋白质分子的影响。当他们观察MAP和PI3′-激酶驱动的肿瘤的基因表达时,他们发现肿瘤细胞中作为2型肺细胞特征的基因水平降低了,这表明这些肺细胞已经失去了它们的特性。
接下来,研究小组研究了负责协调MAP和PI3′-激酶通路的分子。荧光标记已知的参与肺细胞特化的分子显示了一些令人惊讶的结果–这些分子没有在导致肿瘤进展的肺细胞身份的丧失过程中发挥作用。相反,一个称为PGC1α的分子似乎参与其中。
为了研究在肺肿瘤的发展过程中PGC1α是否直接控制2型肺泡细胞身份丢,研究小组研究了老鼠版本的分子,与MAP激酶通路中的基因突变。
“综上所述,我们的研究结果揭示的机制通路参与肺肿瘤发展也影响肿瘤细胞的专业化合作,”解释了资深作家、皮肤学教授Martin McMahon说道。”由于MAP激酶和PI3′-激酶通路都是药物开发的靶点,因此这项研究可能会影响目前临床试验中药物的部署、对试验结果的解释以及新肺癌药物发现的过程。”(生物谷Bioon.com)

参考资料:

PNAS:开发出在基因编辑时阻止基因组不稳定的CRISPR-BEST技术

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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”。

PNAS:开发出在基因编辑时阻止基因组不稳定的CRISPR-BEST技术
CRISPR-BEST的原理和工作流程,图片来自PNAS, 2019, doi:10.1073/pnas.1913493116。

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

中国肿瘤基因图谱计划肺癌课题启动

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中国肿瘤基因图谱计划肺癌课题启动

日前,科技日报记者从获悉,《中国肿瘤基因图谱计划》肺癌课题项目启动。

该课题负责人首都医科大学肺癌诊疗中心主任、教授支修益介绍,《中国肿瘤基因图谱计划》由国家人类遗传资源中心组织,由具有肿瘤单病种临床诊疗特色的医院与高新技术企业共同协作,共同绘制中国肺癌基因图谱,为建立标准化的肿瘤多基因检测提供科学依据。

支修益表示,为达到基于精准医疗的肿瘤早诊早治,需要切实响应《“健康中国2030”规划纲要》、研发新的药物和新的技术,收集中国人群验证数据。《中国肿瘤基因图谱计划》是“健康中国2030”的品牌项目,可以为我国肺癌防控提供精准医学的数据支持,在《中国肿瘤基因图谱计划》课题项目的要求之下,参与中心如何围绕这个项目开展工作,对于促进学科进步发展,中青年医师的培养与发展,提高科室临床、科研相关工作水平具有重要意义,同时参与医院需要与相关学会、协会加强合作,为落实《“健康中国2030”规划纲要》这一目标共同努力。

国家卫健委科学技术研究所/国家人类遗传资源中心主任高华方主任,《中国肿瘤基因图谱计划》是由国家人类遗传资源中心组织,依托国家人类遗传资源共享服务平台,在全国范围内开展人类遗传资源共享及整合的相关工作,将邀请全国50余家大型医院参与项目,肺癌课题计划前瞻性招募2500例患者,有望取得重要成果。

《中国肿瘤基因图谱计划》项目顾问北京大学肿瘤医院教授吕有勇介绍,就多基因检测如何更好解决临床问题做了精彩汇报。基于肿瘤基础研究和临床实践面临的挑战,针对癌症基因组水平的高度异质性和临床生物学行为的复杂性,需要反思部分针对癌症的理念并发展新的研究思路与策略。依据对基因突变谱的系统分析,优化出预测肿瘤侵袭、转移和预后的分子标志物组合为进行多中心大样本临床验证提供了基本素材。《中国肿瘤基因图谱计划》把肿瘤基因大数据与临床诊疗数据相结合,将是肿瘤精准诊疗的重要里程碑事件,本项目应用的大Panel多基因检测可以全面囊括肿瘤低频基因突变,辨识肿瘤的高度异质性,从而可以更全面地认知肿瘤,解决临床问题。肺癌治疗领域内近年间已获多项重要成果,相信《中国肿瘤基因图谱计划》可以为肿瘤检测领域带来更多的成果和突破。

作为《中国肿瘤基因图谱计划》肺癌课题项目牵头单位代表,首都医科大学宣武医院胸外科医师钱坤表示,肺癌基因图谱已有相关报道,例如美国的肿瘤基因图谱计划——TCGA项目,但由于东西方人群存在种族差异,导致肺癌基因图谱也会存在着不同,以西方人群为基础的数据库指导中国人群的肿瘤诊疗会有偏差。《中国肿瘤基因图谱计划》肺癌课题将以多中心合作的方式,在全国范围内前瞻性招募2500例肺癌患者,旨在绘制中国肺癌基因图谱,为建立标准化的检测分析流程提供科学依据,探寻中国人群肺癌靶向、免疫治疗疗效、预后分子标志物,有望产出肿瘤领域的高水平文章。(生物谷Bioon.com)

 

小编推荐会议  2019无锡国际生物医药论坛暨第九届Cell Death & Disease国际研讨会-新药研发

 

http://meeting.bioon.com/BCDD?__token=liaodefeng

基因组稳定性顶端激酶调控长链脂肪酸合成

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基因组稳定性顶端激酶调控长链脂肪酸合成

基因组稳定性的维持是一切生命活动的基础,然而,多种外源和内源因素作用下产生的广泛DNA损伤和复制压力构成了基因组不稳定的主要来源。真核生物的生存严格依赖ATR(ataxia telangiectasia–mutated and Rad3-related)激酶的活性,ATR激酶负责启动细胞对基因组不稳定的响应和修复,全局性地调控基因组的稳定,也是细胞内重要的肿瘤抑制因子。

脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)负责催化乙酰CoA和丙二酸单酰CoA合成长链脂肪酸。脂肪酸合成过程中,底物和中间产物分子在FAS各个功能结构域中传递直到完成脂肪酸的整个合成过程。有研究表明,编码FAS的基因可能发挥着癌基因的功能,其表达水平在部分肿瘤细胞中发生上调,利用FAS抑制剂抑制脂肪酸的合成,肿瘤细胞的增殖和扩散也能够明显地受到抑制(Khan et al., 2014; Liu et al., 2010)。

中国科学技术大学蔡刚教授课题组和王雪娟教授课题组在内源性纯化裂殖酵母ATR-ATRIP(Rad3-Rad26)复合体的过程中,很意外地发现Rad3-Rad26可以与FAS一起从体内稳定地共纯化,这个结果暗示着ATR激酶在体内可能通过直接结合FAS调控脂肪酸代谢。阐明ATR与FAS之间的功能性相互作用及其生物学意义,不仅能显着提升对DNA损伤应答通路和脂肪酸合成通路之间联系的认识,也有望为肿瘤治疗提供新的方向。

针对上述科学问题,蔡刚教授和王雪娟教授两个课题组合作在Journal of Molecular Cell Biology(JMCB)发表了题为“Modulation of Fatty Acid Synthase by ATR checkpoint kinase Rad3”的研究成果,揭示裂殖酵母ATR-ATRIP复合体(Rad3-Rad26)稳定地与FAS结合,通过调控FAS的结构柔性,将脂肪酸合成停滞在启动阶段(见上图中步骤2)。

在发现Rad3-Rad26在体内结合FAS的基础上,进一步的工作揭示Rad3-Rad26与FAS的相互作用在体内、外分别受到DNA损伤和饱和脂肪酸的调控。当细胞受到DNA损伤时,Rad3-Rad26与FAS的体内相互作用明显增强;在体外,Rad3-Rad26与FAS的直接结合能力较弱,加入饱和脂肪酸能显着促进其二者的相互作用。随后利用冷冻电镜技术,作者分别解析了单独状态以及Rad3-Rad26共纯化状态下FAS的三维结构。单独的FAS具有高度的结构柔性,底物运输核心ACP(acyl carrier protein)结构域处于连续的构象变化,在各个催化结构域间来回穿梭,具备高速合成脂肪酸的能力;而共纯化FAS的ACP结构域则被铆钉在AT (acetyl transferase)和SD1(structural domain 1)结构域之间,脂肪酸合成被停滞在起始阶段,FAS的合成活性也显着降低。

癌细胞在转移过程中,细胞内营养物质及能量的流通速率往往高于正常细胞。如糖代谢异常活跃、脂肪酸过度累积;而这些代谢的变化能满足癌细胞的粘附、转移和生存的需要。本研究首次发现了ATR激酶与FAS具有直接的相互作用并且能够抑制脂肪酸合成,揭示了ATR激酶除了调控基因组稳定性外,其肿瘤抑制因子的作用还可能通过直接抑制脂肪酸合成来发挥。此外,本文还发现了DNA损伤响应与脂肪酸合成代谢之间存在直接的联系,提供了认识ATR激酶和FAS这两种重要抗癌靶点的全新视角。(生物谷Bioon.com)

科学家将合成基因线路编程的溶瘤腺病毒应用于肿瘤免疫治疗

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科学家将合成基因线路编程的溶瘤腺病毒应用于肿瘤免疫治疗

 

近日,清华大学等科研人员在Nature Communications上发表了题为“Oncolytic adenovirus programmed by synthetic gene circuit for cancer immunotherapy”的文章,利用合成基因线路对溶瘤病毒进行编程,提高了溶瘤病毒治疗的特异性,实现了免疫效应子的可控和局部表达,有望成为多种癌症的治疗策略。

溶瘤病毒(oncolytic virus)是一类具有复制能力的肿瘤杀伤型病毒。通过对自然界存在的一些致病力较弱的病毒进行基因改造制成特殊的溶瘤病毒,利用靶细胞中抑癌基因的失活或缺陷从而选择性地感染肿瘤细胞,在其内大量复制并最终摧毁肿瘤细胞。同时它还能激发免疫反应,吸引更多免疫细胞来继续杀死残余癌细胞。与传统药物具有明确的药代动力学和药效学不同,溶瘤病毒免疫治疗的结果依赖于肿瘤细胞、病毒和周围免疫细胞的种群动力学和相互作用,由于难以提高对癌症的特异性和免疫反应,以及对种群动态了解有限,如何提高溶瘤病毒疗法的疗效仍然充满挑战。在本研究中,科研人员构建了一个可控的、模块化的合成基因线路,能够根据不同的启动子和MicroRNA(miRNA)的输入,选择性地控制肝细胞肝癌细胞中腺病毒的复制和免疫效应子(immune effectors)的释放。通过小鼠模型实验和计算机模拟,科研人员发现可复制腺病毒比不可复制腺病毒具有更好的抑瘤效果。在免疫活性小鼠模型中,可以观察到联合肿瘤裂解和免疫调节剂的分泌,对于局部淋巴细胞毒性和系统免疫的提高可以产生协同效应。此外,该研究的计算模拟表明,编码免疫调节剂的溶瘤病毒比溶瘤病毒和免疫效应子的联合治疗有更好的治疗效果。该研究提供了一个有效的溶瘤腺病毒设计方法,有望应用于多种癌症免疫治疗。(生物谷Bioon.com)

2019年全球基因检测市场发展现状及趋势

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2019年全球基因检测市场发展现状及趋势
全球龙头企业已经形成,但近几年创新基因测序设备出现“空窗期”,为我国实现技术赶超带来了新机遇。在细分领域端,肿瘤检测和大数据分析将会成为未来基因检测最具潜力的细分领域。
全球基因检测产业概况
根据BBC Research的统计,全球基因检测市场2018年达117亿美元,预计2020年将达138亿美元,市场增长迅速。随之,基因检测技术在2010年后,也呈现快速增长,以研发生产检测平台为经营主体的国际龙头企业已经形成。
同时,由于技术的快速进步,检测成本持续下降,为基因检测在更多场景上的应用实现可能。但近几年创新型基因测序设备问世频次逐渐放缓,出现“空窗期”。这为我国实现技术赶超带来了新机遇。
全球基因检测市场发展现状
(一)全球龙头企业已经形成
基因检测的核心是检测平台技术,不管分子杂交、PCR、基因芯片,还是基因测序,均需要漫长的研发和应用过程。
目前,PCR应用最为广泛,基因测序技术的应用前景最为乐观。而这类“高精尖”技术均掌握在国际龙头企业手中,如Illumina、Thermo Fisher、Roche、LifeTechnologies、Agilent等。这些龙头企业凭借其检测平台的技术优势和先发优势,快速在全球占领市场,并且以“仪器-试剂”捆绑的销售方式,持续盈利。
(二)近年来基因测序设备出现“空窗期”
基因测序平台研发生产技术含量极高,涉及到光学、半导体学、机械学、生物学、化学等科学。继二代测序技术爆发式发展后,虽然出现了第三代单分子测序技术,但是其始终未得到广泛应用。近5年来,新技术的涌现速度明显降低,出现新技术“空窗期”。这也为我国实现技术赶超带来了新机遇。
(三)更多的应用场景得以实现
基因检测成本呈现超摩尔定律的趋势下降。National Human Genome Research Institute数据显示,2001年平均每兆数据量基因测序成本是5292.4美元,单人类基因组测序成本是9526.3万美元。
自2006年新一代测序技术推出,平均每兆数据量基因测序成本下降至581.9美元,单人类基因组测序成本下降至1047.5万美元,2013年下降至5000美元;2014年1月,Illumina推出HiSeq X Ten 更是将单人类基因组测序成本降至1000 美元以下。
价格下降让基因检测变得越来越简单。使之前很多难以实现的科学问题得到解决,能在更广阔的研究领域舞台上发挥作用,包括临床诊断遗传检测,个人基因组等。在药物基因组学领域,帮助捕获范围更广的基因变异,监测实验变化,真正推动个体化医疗的实现。
肿瘤治疗研究中,测序技术也会扮演更重要的角色,能够有效鉴定体细胞突变,获取样本的多种变异类型,助力癌症的治疗,以及药物的研发。在非医疗领域,基因检测有有着广阔的市场前景,如食品鉴定、农牧业育种、司法鉴定、环境治理等。
(四)医疗领域是目前基因检测最大的细分市场
尽管未来几年面向科研服务仍是最大细分市场,但医疗应用已经成为最快增长点。在临床上主要应用于生育健康、肿瘤个体化诊断和治疗、遗传病、传染病检测等领域。
其中生育健康领域应用最广,国内外无论在政策、规范还是产业布局上均比较成熟。在肿瘤检测、个体化用药领域中,基因检测随着应用技术、数据解读技术的不断深入,其市场发展空间越来越大。
全球基因检测产业发展趋势
(一)亚太地区将成为基因检测最重要市场之一
2015年1月底,美国总统奥巴马在2015年国情咨文演讲中宣布了美国的精准医学计划,目的是让所有人获得健康个性化信息。随后,中国科技部于2015年3月份召开了国家首次精准医学战略专家会议,并计划在2030年前投入600亿元加速中国精准医疗的行业发展。这为中国的基因技术行业的发展带来了政策保证。
此外,我国庞大的人口基数也是我国发展基因检测产业的巨大优势。根据火石数据库统计,目前我国基因检测产业共计1030家,近5年新成立公司487家,占比近50%。从Markets and markets公布的全球基因测序市场增长情况来看,亚太地区增速领先全球水平。俨然,以中国为主的亚太地区将成为基因检测重要的市场之一。
(二)龙头企业进行全产业链全布局
全球基因检测龙头企业主要以检测平台为经营主体,但近年来,随着检测应用场景的逐渐放开。
中下游的展现出巨大的市场前景,并且随着其数据的积累,未来的蓝海市场也将会十分广阔,龙头企业逐步开始向中下游开始布局。
(三) 大数据分析将成为基因检测技术的“基石”
随着大数据时代的到来,未来的医疗一定是基于数据的。大数据的介入,会让整个医疗的对象不再是具体的个人,而是面对全民,对全部生长周期,对整个生命过程的健康评估,并对其进行预测和干预。
未来基因测序企业最首要的任务,是要完成海量数据的积累。除了基因组学、代谢组学、转录组学、蛋白组学,还要收集临床表型、临床病例甚至随访数据。并且,数据并非大的数据队列,除了海量数据的积累外,可靠而高效的样本管理、数据筛选也必不可少。
目前医疗仍以诊断治疗为主,而未来在大数据的加持下,也许整个医疗的过程将往前推移,以健康保证为主。基因(或者多组学)大数据的作用则是在某一个细分领域,对某一个病种或者人群进行分析和研究,建立更可靠的模型,再用这一套模型去覆盖更多未知的人群。基因组学作为底层最大的数据库,其价值是可以预见的。
随着基因技术的发展,在国内分子诊断及基因检测飞速发展之下,为实现国内疾病真正精准诊断,我国基因大数据计划及中国人群基因组数据库建设近年来发展迅速。2018年12月,华大基因临床出生缺陷疾病检测已完成超430万例无创产前基因检测,约占世界总量的三分之一。
(四)肿瘤诊断治疗将成为最具潜力市场
肿瘤是机体在各种致癌因素作用下,局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的控制增生所形成的新生物。随着全球癌症发病率逐步攀升,癌症负担正在不断加重,肿瘤诊断和治疗成为基因测序最具发展潜力的应用市场。
Illumina公司预测基因测序全球总市场容量为200亿美元,肿瘤诊断与治疗应用方向为120亿美元,占比为60%,是基因测序最大的应用市场。同时,麦肯锡预测基因测序技术在肺癌、肠癌、乳腺癌和前列腺癌等领域的渗透率将高于20%。
另外,由于肿瘤具有显着的个体差异,传统医疗方式在肿瘤治疗上具有局限性,而基因测序能够提供病患个体差异信息,并为肿瘤治疗提供指导,能够提高用药的安全性和有效性。 (生物谷Bioon.com)

Gastroenterology:关键的肠道干细胞基因或能将膳食脂肪与结肠癌风险联系起来

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2019年12月9日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Gastroenterology上的研究报告中,来自罗格斯大学的科学家们通过研究发现,帮助肠道干细胞燃烧膳食脂肪的两个基因或在结肠癌发生过程中扮演关键角色。文章中,研究者阐明了小鼠机体细胞消耗脂肪的方式与基因调节肠道干细胞行为机制之间的关联。

Gastroenterology:关键的肠道干细胞基因或能将膳食脂肪与结肠癌风险联系起来

图片来源:Lei Chen

研究者Michael Verzi教授表示,这一点非常重要,因为当肠道中存在太多膳食脂肪时,干细胞的数量就会增加,进而就会增加机体患结肠癌的易感性;人体每天都会失去数百万个肠道细胞,就好比我们失去皮肤细胞一样,肠道干细胞会经历不断地更新和肠道内壁的不断更新,但改变干细胞的功能或会引发结肠癌。

结直肠癌是美国人群中第三大常见的癌症类型,据美国癌症协会数据显示,每年大约有101,420人会被被诊断为结直肠癌患者。最近有研究表明,肠道干细胞的水平会在摄入高脂肪“西方”饮食的动物中增加,这或许就能够解释这种饮食方式增加癌症风险的原因。这项研究中,研究人员发现,HNF4A和HNF4G基因能互相协作来促进肠道内壁保持良好的功能,当这些基因被失活后小鼠就会失去肠道干细胞,这就证实了这两个基因的重要性,此外研究者还认为,这些基因能帮助干细胞燃烧脂肪从而为机体提供能量。

最后研究者表示,我们希望后期能够进行更为深入的研究来阐明在高脂肪饮食期间,HNF4A和HNF4G基因是否能够改变肠道干细胞数量并增加癌症风险。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Lei Chen et al, HNF4 Regulates Fatty Acid Oxidation and is Required for Renewal of Intestinal Stem Cells in Mice, Gastroenterology (2019). DOI: 10.1053/j.gastro.2019.11.031

美国弗吉尼亚大学首次开展青少年癌症基因治疗

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美国弗吉尼亚大学首次开展青少年癌症基因治疗

图片来自:yourgenome.org

2017年9月28日/基因宝jiyinbao.com/— 弗吉尼亚大学医学院( UVA )已经开始为青少年急性淋巴细胞白血病,实施基于基因工程改造的T细胞免疫治疗。 I / II期的青少年急性淋巴细胞白血病试验,正在评估该方法对儿科患者的安全性和有效性。该项临床试验将考察总体缓解率、12个月后缓解期和整体生存期等因素。参与者必须介于2岁和21岁之间,并且要求患者已经复发或对其他形式的治疗没有反应。

被称为嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法的方法是利用人体自己的免疫T细胞,通过基因修饰它们,使它们更有效地杀伤癌细胞。在这种情况下,UVA儿童医院的癌症中心和卡特免疫中心儿科肿瘤学家 Daniel Lee博士,从一名年仅14岁的急性淋巴细胞白血病患者身上抽取T细胞,然后,该患者的免疫细胞由 Kite Pharma 细胞治疗公司进行基因改造。

实验方法类似于美国联邦食品和药物管理局8月底批准用于儿科淋巴细胞白血病的基因疗法,这是美国曾经批准的第一个基因治疗方法, Daniel Lee博士希望该方法将给病人带来希望。“我们从患者的静脉收集T细胞,细胞运送到基因编辑公司,基因改造大约在七天内完成,并将改造后的T细胞返回给我们,”Lee博士说。“所以我们只需要有16到18天的等待时间,这是非常快的。”

在美国国立卫生研究院的时候,Lee博士在50多名试验参与者中使用类似产品来测试该方法。他说,这些参与者对该方法有反应的比例为70%,复发率低于10%。可能在不到两年的时间内,将会陆续有20个临床试验完成。

因为Lee博士在CAR T细胞疗法方向的开创性研究,UVA从NIH招募了Lee博士。除了白血病治疗之外,他还在寻求开发新型的T细胞治疗方法用于挽救致命的儿科脑癌。在UVA,他加入了一个世界级的研究团队,探索免疫治疗的潜力,以提高身体抵御疾病的能力。他说:“你将会看到更多的CAR T细胞治疗法出自UVA。” (生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Teen first in Virginia to receive cancer gene therapy in clinical trial

多篇文章解读近期基因疗法研究进展

基因君

本文中,小编对多篇文章进行整理,让我们一起关注近期全球基因疗法的研究进展。

多篇文章解读近期基因疗法研究进展

【1】首款”矫正型”基因疗法获一致认可,有望3个月内问世

近日,Spark Therapeutics传来喜讯。美国FDA的一个独立专家小组在经过仔细的审评后,以16:0的投票,对其在研基因疗法Luxturna表示一致认可。这也意味着首款能矫正人类基因缺陷的疗法离我们更近一步。美国FDA将在2018年1月12日前就这款新药能否上市做出批复。

罹患遗传性视网膜病变(IRD)的患者是这款创新疗法的最大受益者,25岁的艾莉森·科罗纳(Allison Corona)就是其中之一。这名年轻的姑娘不幸患有莱伯先天性黑蒙症(Leber congenital amaurosis),很难分清颜色,日常生活中也只能看见人的大致轮廓。辨识对方表情这样简单的任务,对艾莉森来说是个奢望。她说,她的生活缺失了很大一部分。

艾莉森患上的是一种遗传病,背后的根本原因在于关键基因的突变。这些基因对于视网膜的发育和功能有着重要作用,一旦无法正常工作,就会影响到人的视力,导致失明。由于这种疾病的根源在于基因本身,大部分只能“治标”的药物对其无能为力。

【2】PNAS:基因疗法有望治疗失明症状

doi:10.1073/pnas.1701589114

大部分永久性失明的症状产生都是由于视网膜中数一百万计的光感受体细胞(类似于数码相机的像素点)的缺失导致的。然而,视网膜中那些残余的、对光线敏感度不高的视觉神经细胞则处于正常状态。最近,来自牛津大学的Samantha de Silva等人通过病毒转染的方式在患有“视网膜色素变性(一类常见的导致青少年失明的原因)”的小鼠眼部残余的视神经细胞中表达光感蛋白(melanopsin),从而使得小鼠的视力得到了部分的恢复。

研究者们对这些接受转基因治疗的小鼠进行了长达一年的观察,结果显示,小鼠的视力能够在较长的时间范围内维持正常水平(即小鼠能够对环境中的事物进行辨别)。这类表达有melanopsin的细胞则能够对光线产生反应,以及能够向大脑传送视觉信号。虽然此前牛津大学的研究者们已经通过向患者眼部移植电子视网膜进行治疗,但这种基因疗法显然更加简单。

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【3】蓝鸟生物基因疗法治疗儿童脑病显示疗效

在这项两年多随访的试验中, 17例脑性肾上腺脑白质营养不良(cALD)的患者使用蓝鸟生物(Bluebird)的单剂量基因疗法Lenti-D治疗, 15例患者的病情得以稳定。

这项发表在《新英格兰医学》杂志上的试验结果表明, Lenti-D可能会是cALD的第一个根治疗法。

cALD是一种罕见病,是肾上腺脑白质营养不良(ALD)中较为严重的一种。据估计全球每2.1万男就有1人患ALD,患ALD的男性中有40%为脑性cALD。

而肾上腺脑白质营养不良(ALD)是一种遗传病,ALD患者因为ABCD1基因的突变导致丧失了肾上腺脑白质营养不良蛋白(ALDP)功能。因为ALDP是超长链脂肪酸(VLCFAs)分解的关键蛋白质,这个蛋白的功能丧失导致血液和所有组织中VLCFAs的有毒性积累,以肾上腺和神经系统的影响最大。

【4】“电子基因疗法”治疗心脏病

新闻阅读:Electric genes hope to fix a broken heart

最近,科学家们开发出了一种新型的”电子基因”疗法,有望为心脏疾病提供革命性的治疗方案。

心脏病是欧洲范围内致死率最高的疾病。仅仅2013年就有190万人因心血管疾病死亡,占据当年死亡总人数的37.5%。

存在较高心脏节律紊乱风险的人群往往会通过手术的方式移植一个心脏除颤器。然而,如果心脏本身就能够检测并且修复自身的紊乱症状的话又当如何呢?这就是来自荷兰Leiden大学医学中心的心脏专家D?niel Pijnappels博士致力于解决的问题。

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【5】帕金森病基因疗法VY-AADC01取得积极进展

Voyager Therapeutics公司宣布了评估VY-AADC01治疗晚期帕金森病的1b期临床试验的积极结果。证明了一次性施用这一基因疗法可以对患者运动功能的多项测量起到持久的改善作用。

帕金森病是一种慢性进展性的神经退行性疾病,是由于制造多巴胺的神经元丧失造成的,表现为震颤、运动缓慢、僵硬、姿势不稳定等,发展到晚期甚至引起摔倒、无法迈步、语言和吞咽困难等,需要人照顾日常生活。它影响了全球约700万至1000万人。但目前还没有可以有效延缓或逆转疾病进程的治疗。左旋多巴是标准治疗方法。早期帕金森病患者通常可以通过左旋多巴较好地控制病情,但随着疾病进展,患者对治疗的响应也变得越来越差。据估计,约有15%的帕金森病患者有运动能力波动,并且经左旋多巴治疗不能很好的控制。患者会经历更长时间的运动能力降低(也叫“关闭”期),药物提供的有效时间(也叫“开启”期)会变短。患者急需一种可以有效延缓疾病进程,并缓解症状的疗法。

【6】新疗法:科学家将一种基因工程病毒注入肿瘤以此破坏肿瘤生长!

桑福德健康是美国第一个使用基因工程病毒进行临床试验的网站,旨在破坏耐药性肿瘤

I期免疫治疗试验适用于18岁及以上患有不符合标准治疗的转移性实体瘤。该治疗将肿瘤溶解性(破坏坏死)的病毒 – 水泡性口炎病毒(VSV)注射入肿瘤。病毒被设计成在癌细胞中生长,破坏这些肿瘤,然后传播到其他癌症部位。在这个过程中,它向该区域招募免疫系统,目的是引发免疫反应。

该病毒,通常称为VSV,可以感染牛,但很少引起人类严重感染。

病毒通过添加两个基因进行遗传改变。第一个基因是人类干扰素β基因,它是一种天然的抗病毒蛋白质。这可以保护正常的健康细胞免受感染,同时仍能使病毒对抗癌细胞。

第二个基因为甲状腺中发现的NIS蛋白质,这使得研究人员可以在病毒传播到肿瘤部位时跟踪病毒。 Vyriad是明尼苏达州罗彻斯特的一家生物制药公司,开发了该技术,由梅奥诊所分子医学教授,溶瘤病毒治疗专家Stephen Russell博士领导。

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【7】Cell Stem Cell:重磅!科学家开发出新型经皮肤移植的基因疗法 或能有效治疗多种人类疾病

DOI:10.1016/j.stem.2017.06.016

近日,一项发表在Cell Stem Cell杂志上的一篇研究报告中,来自芝加哥大学的研究人员通过研究克服了限制基因疗法的瓶颈,文章中,研究人员阐明了如何利用皮肤移植的方法来促进基因疗法治疗多种人类疾病。

研究者Xiaoyang Wu博士表示,经过皮肤移植的基因疗法或能帮助有效治疗两种常见的疾病:2型糖尿病和肥胖症;这项研究中,研究人员设计出了具有完整免疫系统的小鼠—小鼠皮肤移植模型,这个平台或能支持在小鼠甚至在人类机体中进行安全和可持久的基因疗法;研究者表示,工程化的皮肤移植或能在完整免疫系统的野生型小鼠中存活时间较长,而且皮肤移植的成功率能够达到80%以上。

研究人员重点对糖尿病进行了相关研究,首先他们插入了编码胰高血糖素样肽1(GLP1)的基因,这种激素能够刺激胰腺分泌胰岛素,额外的胰岛素则会从血液中移除过量的葡萄糖,从而抑制疾病并发症的出现,GLP1也能够减缓胃排空的时间并且降低机体食欲。随后研究人员利用CRISPR工具对GLP1基因进行了修饰,当研究者插入能够延长血液中激素半衰期的突变后,就能够将修饰后的基因同抗体片段融合以便这些抗体能够在血液中循环较长时间。

【8】Nat Commun:基因疗法治愈哺乳动物肌营养不良症

英法合作团队在25日出版的《自然·通讯》杂志发表论文称,他们以狗为动物试验模型开发的基因疗法,成功治好了杜氏肌营养不良症(DMD),为下一步开展人类临床试验铺平了道路,向治愈人类DMD患者迈出重要一步。

DMD患儿均为男性。在新出生的男婴中,每5000人就有一人会患上此病。这些患儿在几岁时就会表现出肌无力症状,如行走缓慢、跑步时容易跌倒、上楼和下蹲困难、走路呈典型鸭步等;一般到15岁之前,会恶化到无法自己行走,依靠轮椅生活;随后各种肌无力、呼吸及心脏问题相继出现,病人很少能活到40岁。

科学家们认为,DMD由一种与抗肌萎缩蛋白有关的基因变异引起,这些基因变异会影响抗肌萎缩蛋白的生成,进而影响肌肉的健康和功能。新研究中,法国南特大学和英国伦敦大学的科学家合作,研发出一种新型基因转移疗法,成功恢复了实验狗体内抗肌萎缩蛋白的表达。

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【9】“吃不胖”的基因疗法 有望治疗糖尿病

近日,在顶尖学术刊物《细胞》的子刊《Cell Stem Cell》中,来自芝加哥大学的Xiaoyang Wu教授团队发表了他们的一项新发现——将干细胞技术、CRISPR基因编辑技术、与皮肤移植技术相结合,一款基因疗法有望对肥胖症与2型糖尿病这两种常见疾病进行治疗。

自上世纪70年代以来,科学家们就学会了如何从烧伤患者身上分离出皮肤干细胞,在实验室中进行培育,并移植到患者的烧伤部位,进行治疗。这给Wu教授的团队带来了启示。如果我们在这些皮肤细胞中引入能治病的基因,是否就能把皮肤改造成人体的药厂,随时生产能治疗疾病的药物呢?

研究人员决定以小鼠糖尿病为模型检验这个想法。选择糖尿病有几个原因。首先,它的病理与皮肤无关,因此不大可能受皮肤移植的影响。其次,我们知道,用一些简单的蛋白质,就能对糖尿病进行治疗,这便于基因疗法的开发。

【10】世界首个膝骨关节炎的细胞基因疗法在韩国受批

日前,位于美国马里兰州(Maryland)的再生医学公司TissueGene宣布,该公司在亚洲(包括韩国)的合作伙伴Kolon Life Science已经从韩国食品医药品安全部(MFDS)获得了Invossa的上市许可,它也是全球首个上市的针对退行性关节炎的细胞和基因疗法。

骨关节炎(osteoarthritis)是最常见的关节炎类型,它产生的主要原因是关节中软骨层受到破坏和耗损,导致软骨下面的骨骼相互摩擦。这导致患者关节疼痛、肿胀和活动范围减小。随着病情的发展,关节可能会变形或长出骨刺。关节腔内浮游的骨骼和软骨碎片可能导致更多疼痛和损伤。目前治疗骨关节炎的常见方法包括口服消炎止痛药,向关节中注射类固醇或透明质酸(hyaluronic acid),以及关节置换手术。这些疗法大多只能暂时减轻疼痛,而关节置换术价格不菲,并且伴随着手术带来的风险。

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【11】Cell:重磅!科学家开发出基于CRISPR的新技术 或有望开发更为安全的基因编辑疗法

doi:10.1016/j.cell.2017.05.044

日前,一项刊登在国际著名杂志Cell上的一篇研究报告中,来自美国德克萨斯大学(The University of Texas)的研究人员通过研究利用CRISPR开发出了新型的基因编辑疗法来治疗危及生命的疾病,比如癌症、HIV和亨廷顿氏症等。

如今科学家们能够利用基因魔剪—CRISPR来对几乎任何有机体的遗传代码进行编辑,基于CRISPR的基因编辑技术对人类健康有着巨大的影响,目前已经有一系列利用CRISPR技术对人类细胞进行的试验正在进行之中,但这种方法似乎并不完美;从理论上来讲,基因编辑的工作原理就类似于利用一种自动纠正功能俩修复文档中重复出现的错误,但寻找并且编辑基因的CRISPR蛋白有时候却会靶向作用错误的基因,这样其就会将拼写正确的单次修正为拼写错误的单词,然而对错误的基因进行编辑还会产生新的问题,比如促进健康细胞发生癌变。

文章中,研究人员开发了一种新方法,其能够通过个体的完整基因组来快速检测CRISPR分子,从而预见除了CRISPR的靶点外其是否还能够同其它DNA片段相互作用,这种新方法或许就能够帮助临床医生为患者制定个体化的基因疗法,同时还能够保证疗法的安全性和有效性。Ilya Finkelstein教授说道,你和我之间或许会出现大约100万个点的差异,由于这种遗传多样性的存在,对人类基因的编辑似乎总是一种需要进行定制化的疗法。(生物谷Bioon.com)

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