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《美Battelle开发出确保基因合成生物安全的DNA筛选平台》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2019-01-18

  • 新兴生物技术具有双重用途的特点，需要在工业上采取生物安保措施，特别是在根据订单生产DNA序列的基因合成机构。由美国巴特尔纪念研究所（Battelle）人员开发的ThreatSEQ™ DNA筛查网络服务是第一个实物数据库，建立在对病原体危险因素的十多年研究基础之上。它汇集了超过10000个关注序列，包括来自75种细菌、96种病毒、12种真核病原体和其他致病因子的850个关注序列类型。该服务包括一个先进的生物配置渠道，减少了合成供应商维护有效生物安保的负担。该平台通过面向行业的用户界面简化审查流程来审查筛选结果，从而用高质量的元数据和基因组背景的图形表示。ThreatSEQ近期被R&D100创新奖评为最终入围者，该奖项旨在表彰年度最具创新性的100项技术。

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  • 《美UTMB开发出新型通用疫苗平台》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：huangcui
    • 发布时间：2018-12-21
    • 10月1日，美国德克萨斯大学加尔维斯顿医学分部宣布，该校研究人员开发出了一种廉价的疫苗生产方法，可将疫苗生产和储存成本降低80%，同时不影响安全性和有效性。该研究结果发表在EBioMedicine期刊上。 疫苗是预防和根除传染病的最有效方法。目前，许多疫苗必须在细胞培养物或卵中制造，这些方法十分昂贵并且具有污染的风险。此外，大多数疫苗在从制造商到医疗保健诊所的运输过程中必须保持冷藏。在热带和亚热带地区，这种冷藏要求占据了疫苗成本的80%以上。研究人员表示，脱离细胞或卵子培养以及冷藏将改变疫苗开发过程，这种疫苗技术可能成为开发针对很多病原体的减毒活疫苗的通用平台。 为了实现这些目标，研究团队设计了DNA形式的减毒活Zika疫苗，一旦DNA被输送到人体后就会在细胞中发射疫苗，引起抗体和其他保护性免疫产生。使用这种方法，不需要在细胞培养物中或在工厂中制造疫苗。由于DNA分子具有稳定性，因此疫苗不会在高温下失效，并且可以在室温下储存多年。该研究小组表明，该DNA疫苗在小鼠中非常有效。使用单次低剂量后，DNA疫苗保护小鼠免受怀孕期间母婴传播、男性生殖道感染、损伤导致的寨卡病毒感染等。
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  • 《研究人员开发出大片段DNA精准定点插入新工具》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    •     基因组编辑技术是生命科学领域的颠覆性技术，为生物学基础研究和应用研究奠定了坚实的技术基础。历经十余年的不断迭代和迅猛发展，基因组编辑技术经历了两个阶段。第一阶段以CRISPR-Cas9技术为代表，利用序列特异性核酸酶良好的靶向性和可编程性，在基因组特定位置产生DNA双链断裂，继而通过细胞内源修复机制产生随机、不可控的小片段插入或删除，达到基因敲除的目的。第二阶段包括碱基编辑技术和引导编辑技术的开发与应用。碱基编辑技术能够在不依赖DNA双链断裂的情况下实现特定碱基的高效精准替换，而引导编辑更能够精准实现碱基的任意形式突变以及小片段DNA的精准插入或删除，提升了基因组编辑的精准性，拓宽了技术的应用范围。上述技术的叠加使得科学家能够高效、快速并准确地实现基因敲除、碱基定向突变及少量核苷酸的插入或删除等小片段DNA水平的精准操纵。随着生物领域研究的快速发展，小片段DNA的编辑已不能满足研究和应用的需要。新的需求正引领基因组编辑技术突破DNA操纵长度的限制，迈入第三阶段，即实现kb级大片段DNA甚至是染色体水平的精准编辑。然而，目前能够实现大片段DNA精准操纵的基因组编辑工具颇为有限，尤其在植物研究领域，相关工具未见报道。   近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组开发了PrimeRoot（Prime editing-mediated Recombination Of Opportune Targets）技术，通过系统整合优化的引导编辑工具和位点特异性重组酶系统，实现长达11.1 kb的大片段DNA的高效精准定点插入。研究通过结合该实验室开发的ePPE（Engineered Plant Prime Editor）以及David Liu实验室研发的epegRNA（Engineered pegRNA），在植物细胞内建立了dual-ePPE系统，实现了最高效率可达50%以上的短片段DNA的精准定点插入，继而使用荧光报告系统在水稻原生质体中评估了分属丝氨酸家族和酪氨酸家族的8种位点特异性重组酶的工作效率，最终将dual-ePPE与筛选出的高效的酪氨酸家族位点特异性重组酶Cre相结合，开发了能够实现大片段DNA精准插入的PrimeRoot系统。该系统在水稻和玉米中能够实现一步法大片段DNA的精准定点插入，效率可达6%，成功插入的片段长度最长达11.1kb。相比于传统非精准的非同源末端连接（Non-homologous end joining，NHEJ）策略，PrimeRoot插入5kb及以上DNA片段的效率有明显提升，且插入完全精准可预测，在编辑效率和精准性上具有显著优势。   该工作展示了PrimeRoot介导的大片段DNA精准定点插入的两个具体应用场景：启动子的原位插入是基因功能研究以及新性状创制的重要途经，因而科研人员利用PrimeRoot在水稻HPPD基因的5‘UTR区精准插入了Actin启动子（1.4kb），实现了启动子序列在功能基因UTR区域的原位插入；外源功能基因的导入是赋予作物新性状的主要手段之一，而传统基于农杆菌的转基因方式插入位置随机且不精准，导致内源功能基因的破坏或外源插入基因表达水平不稳定，使得理想种质的筛选过程繁杂冗长，PrimeRoot大片段DNA精准定点插入为解决这一问题提供了全新方案。该研究通过生物信息学分析预测出水稻内33个可用于外源基因插入的基因组安全港（Genomic safe harbor，GSH）区域。全基因组测序分析表明，传统农杆菌介导的T-DNA插入是完全随机不精准的，且无33个GSH内的插入事件。相比之下，PrimeRoot介导的插入能够完全精准定点地落入指定的安全港区域且在全基因组范围内检测不到可预测的脱靶事件。在此基础上，该工作使用PrimeRoot将稻瘟病抗性基因pigmR精准插入到预测的GSH内实现了快速抗病育种。为了进一步提高PrimeRoot的效率，该研究在水稻中建立了PrimeRoot组分和插入DNA组分的连续转化体系。该体系下大片段DNA精准插入的效率相较于一次转化提高了2-4倍，插入Actin启动子（1.4kb）的效率达8.3%，插入pigmR基因表达框（4.9kb）的效率达6.3%。   综上，科研人员通过工程化结合引导编辑器与位点特异性重组酶，开发了能够在植物中实现10kb以上大片段DNA高效精准定点插入的PrimeRoot系统。该系统将为基于基因堆叠的植物分子育种和植物合成生物学研究提供有力的技术支撑。
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