《Nature子刊:华人团队带来CRISPR新突破 1个月完成多年工作》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-05-09
  • 日前,《自然》子刊《Nature Biotechnology》上刊发了一项来自华人学者的重要研究。来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)的华人学者赵惠民教授团队开发出了一项全新的CRISPR技术,它有望极大加速基础研究的进程。

    “过去,研究人员需要花上好几年,才能敲除掉酵母里的每一个基因,” 赵惠民教授说道:“利用我们的CHAnGE技术,只要大约一个月的时间,一个人就能做出酵母整个基因组的突变体。”

    我们知道,在经典的遗传学中,想要了解一个基因有什么功能,最常规的方法,就是敲除这个基因,然后观察生物出现了什么异常。这个思路在过去的几十年里屡试不爽,为生物学的进步做出了重要贡献。但不可否认,这个思路本身也存在着技术上的瓶颈。

    在经典模式生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中,基因与基因之间的间隔非常近,甚至会出现基因重叠的现象:一条基因里的DNA片段,同时也参与了另一条基因的组成。这就给常规的基因敲除手段带来了不便。可以想象,如果移除某一条基因的片段,很有可能也会影响到另一条基因。这样一来,我们就无法精准地知道单条基因的作用。

    为了突破这个瓶颈,赵惠民教授团队结合CRISPR/Cas9基因编辑技术,以及同源修复技术,开发出了一种叫做CHAnGE的工具。它能依靠CRISPR/Cas系统的高精确性,对单个基因的单个“字母”进行删除。这样一来,被影响的基因会由于出现“移码突变”而被敲除,相邻的基因则不受影响。

    “我们能在整个基因组里引入单碱基的突变。这能给相邻的基因功能造成最小的干扰,帮助我们研究单个基因的重要性,” 赵惠民教授评论道:“这是前所未有的精准度。”

    开发完这项工具后,赵惠民教授团队也建立了一个突变酵母的文库。任何研究人员只要花上50美元,就能获得带有特定突变的酵母。

    除了加速基础研究之外,研究人员指出,这项技术在工业上也有着实际应用。目前,酵母能协助人类生产乙醇、药物、以及其他工业级的化学品。通过对酵母基因更深的认识,我们有望培育出有高产量的酵母,提高生产效率。

    在CRISPR领域,已有多名华人学者做出了重要的学术贡献。我们祝贺赵惠民教授团队的这项研究登上《Nature Biotechnology》,也期待未来能有更多华人学者带来新的突破!

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6721839.html
相关报告
  • 《科研新突破登Nature子刊,泛生子再掀癌症基因的“面纱”》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-07-16
    • 泛生子致力于从癌症基因开始寻根溯源,揭示肿瘤产生的根源及其赖以发展的关键机制,通过临床转化为癌症患者带来希望。 近日,由美国杜克大学讲席教授、泛生子联合创始人兼首席科学家阎海教授领衔的泛生子团队,联同杜克大学及约翰霍普金斯大学研究人员完成的最新成果,在线发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。该项成果揭示了两种新的胶质母细胞瘤分子分型,从而完成了胶质母细胞瘤基因图谱绘制的重要突破。 胶质母细胞瘤是成年人最常见且最致命的原发性恶性脑肿瘤。即便采取积极治疗,但中位生存期小于15个月。对其基因谱的解析和分子分型的发展,为提升胶质母细胞瘤的临床治疗水平(如靶向治疗)、改善预后提供了重要的支撑,从而可令更多患者受益。 完成基因图谱的完整绘制 作为脑胶质瘤分子分型研究的开拓者,2008至2009年,阎海教授团队及合作者首次发现了IDH1/2基因突变在脑胶质瘤中的重要作用,成果分别刊登于《科学》和《新英格兰医学杂志》;2013年,他又发现TERT启动子突变是多种常见肿瘤的关键驱动因素,可作为脑胶质瘤分子分型的又一重要依据,成果刊登于PNAS。后续研究显示,IDH基因的突变和TERT启动子的突变可对大约80%的胶质瘤患者进行分子分型,有助于临床医生制定更加合理的个体化治疗方案。 基于此,2016年,阎海教授受世界卫生组织邀请,参与编写新版《WHO中枢神经系统肿瘤分类》指南,引入IDH1/2等脑肿瘤分子分型标准,这是人类历史上第一次将分子分型纳入脑肿瘤诊断金标准。随后,泛生子又于2018年推出国内唯一获批适用于胶质瘤的泛生子IDH1/TERT 基因检测试剂盒,精确指导胶质瘤患者病理分型,从而完成了科研成果的临床转化。 然而,仍有20%左右的胶质瘤患者预后较差,并且没有客观的生物标记物作为其分型判定依据。基于此背景,在2018年发表的最新研究中,阎海教授及其合作者首次通过全基因组测序绘制了该类患者肿瘤基因的完整图谱,并更新了胶质母细胞瘤的分子分型判断标准。 专注癌症基因组学临床转化 既是使命,也是必然。泛生子云集了以阎海教授为核心的、多学科互补的专家团队,自创立之初始终专注于癌症基因组学临床转化,目前在《Nature Genetics》等世界著名权威学术期刊发表研究成果10余篇,为接下来的转化应用带来新的方向及希望。 以洞察基因奥秘和发展技术创新为着眼点,泛生子致力于从癌症基因开始寻根溯源,从分子水平揭示肿瘤产生的根源及其赖以发展的关键机制,通过临床转化为癌症患者带来希望。 以癌症分子研究为桨,泛生子不断加速技术落地,在基因大航海中相继抛出临床转化的巨锚,尤其在市场中处于绝对优势地位的脑肿瘤领域,硕果丰富:如国际上首个专门针对神经系统肿瘤设计的、临床信息全面的分子诊断产品,国内首款脑肿瘤精准诊疗专用panel(68基因panel)和国内首个小儿髓母细胞瘤分子分型检测产品等,可有的放矢的指导脑肿瘤精准治疗。2017年12月,泛生子首台获批上市的、行业领先的生物芯片阅读仪GENETRON 3D(注册号:渝械注准20172400136),是对其在肿瘤液体活检领域开拓创新的重要认可。2018年,泛生子推出国内唯一获批适用于胶质瘤的泛生子IDH1/TERT基因检测试剂盒,为胶质瘤患者病理分型提供重要参考信息。 此外,泛生子针对不同癌种不同周期进行定制的产品研发,内容涉及脑癌、肝癌、结直肠癌、乳腺癌、胃癌、甲状腺癌等泛癌种,尤其重点关注中国人群最多发的、特有的肿瘤类型,期望帮助中国最广大的患癌人群、高危人群等获得最优化的治疗方案。 定位清晰 创新驱动 定位于癌症精准医疗全周期,泛生子在创立以来的4年多里,已布局了多个癌种的分子检测服务和产品,并处于行业头部;公司已与300多家医院建立了合作关系,同时与上下游企业联动,加速科研探索和技术创新;贴合中国市场的需求和特点,注重科技成果的快速转化,并已使上万名肿瘤患者获益。 “如今肿瘤防治的战线正不断前移,早诊早治是根本之道。在癌症早筛领域,泛生子将重点发力,针对大众人群推出更有价值的检测产品,在更早阶段将癌症‘扼杀’。”泛生子联合创始人兼首席执行官王思振先生表示,“未来我们还将与下游药企强强联手,一方面在一些国际新药进入中国、应用于临床的过程中,进行相关伴随诊断,另一方面,依托不断累积的基因大数据增强与中国本土创新药企的合作,切实帮助更多患者获益。” 未来,泛生子将继续进行科研探索,并加强与临床的无缝衔接,实现肿瘤精准医疗的创新突破,为临床诊疗提供多样化的、符合患者独特需求的辅助手段和解决方案,引领癌症个体化医疗的发展方向。
  • 《Nature Materials:Klimov团队载流子倍增新突破》

    • 来源专题:先进材料
    • 编译者:李丹
    • 发布时间:2023-11-12
    • 来自材料牛 【导读】 半导体中的载流子倍增现象是指半导体材料吸收一个高能光子产生多个电子-空穴对。将载流子倍增应用于太阳能电池将大幅降低高能光子的热损耗,提升太阳光利用率,从而突破Shockley-Queisser极限。然而,在半导体体相材料中,受到平移动量守恒的限制,载流子倍增发生所需光子能量远大于禁带宽度,应用价值较低。小尺寸的半导体量子点能够弱化平移动量守恒的限制,为获得高效的载流子倍增提供了物质基础。Klimov团队一直以来对半导体量子点中的载流子倍增有着深入且广泛的研究。 【成果掠影】 2023年7月13日,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Klimov团队在Nature Materials上发表了新的研究论文,在Mn2+掺杂的PbSe@CdSe核壳结构量子点中,利用Mn2+作为自旋交换中间体,成功获得了高效的载流子倍增效应。在本项研究中,作者通过扩散掺杂和阳离子交换的手段合成了Mn2+掺杂的PbSe@CdSe核壳结构量子点,其中Mn2+主要分布在核壳界面处。当量子点被光激发后,CdSe壳层中所产生的激子能量会快速传递给Mn2+离子,产生激发态的Mn2+离子(6A1→4Tm,m=1,2)并伴随着Mn2+离子d轨道电子自旋的翻转。随后,由于Mn2+的4Tm→6A1跃迁为禁戒跃迁且其对应能量是核心量子点PbSe禁带宽度的两倍以上,激发态Mn2+将优先将能量传递给核心PbSe量子点并产生自旋分别为0和1的两个激子,整个过程能量和自旋守恒,从而有助于促进载流子倍增效率大幅提升。作者利用瞬态发射光谱和瞬态吸收光谱对该体系的载流子倍增效应进行了系统的表征,实验结果表明,未掺杂的参比样品PbSe@CdSe,在入射光子能量hvph为禁带宽度Eg的3.8倍时的双激子产生效率为48%,而Mn2+掺杂的样品在较低的光子入射能量下(入射光子能量为Eg的3.7倍)就可以获得高达75%的双激子效率。在更低的入射光子能量下(hvph=2.6Eg),Mn2+掺杂样品的双激子产生率仍可达到48%,而未掺杂样品仅为14%。 相关研究文章以“Spin-exchange carrier multiplication in manganese-doped colloidal quantum dots”为题发表在Nature Materials上。 【核心创新点】 在能量守恒和自旋守恒原理的指导下,通过巧妙的材料结构设计,引入Mn2+作为自旋交换相互作用的中间体,成功提升了载流子倍增的效率。 【成果启示】 本项研究基于普适的科学原理结合巧妙的结构设计,在载流子倍增的研究上取得了突破性的进展。未来的研究重点之一是将本项研究所获材料与太阳能电池相结合,全面评估载流子倍增效应在实际应用中的表现。 原文详情:Ho Jin, Clément Livache, Whi Dong Kim, Benjamin T. Diroll, Richard D. Schaller, Victor I. Klimov, Spin-exchange carrier multiplication in manganese-doped colloidal quantum dots, Nature Materials, 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01598-x