您现在的位置: 天下网吧 >> 网吧天下 >> 网吧行业 >> 网络追踪 >> 正文

2014年改变世界的10大革命性技术

[作者:佚名 来源:不详 时间:2014-12-18我来说两句
宜,也更有效。

这个横跨大西洋的团队一起对Cas9蛋白进行了几个月的研究,并且取得了突破。杜德娜还能清楚地记起那个时刻。他们的实验室坐落在伯克利校园边缘一个绿树成荫的山坡上,对面就是希腊剧院,彼时还在做博士后研究的伊内克一直那里在对Cas9蛋白进行实验。一天,他来杜德娜的办公室讨论实验结果。面对伊内克和黑林斯基一直在讨论的一个问题,他们陷入了沉思:在自然界中——也就是在链球菌体内,Cas9蛋白倚靠的不是一个,而是两个RNA,来引导自己寻找DNA上的正确位点。

如果在保留其向导功能的前提下,将两条gRNA整合成一条RNA链,结果会怎么样呢?如果只需修饰一个RNA序列,研究人员的工作速度将会得到极大的提升。gRNA序列与目标DNA序列之间存在精妙的互补关系,利用这种关系构建一条gRNA,比定制一个核酸酶更容易。

“看着这些数据,我们突然就开窍了——这种事情经常发生,”杜德娜说道,“我们意识到,其实可以将这些RNA分子设计成一条gRNA。一套由一个蛋白质和一条gRNA组成的系统,就足以成为一个强大的基因修饰工具。我打了个寒颤,心想,‘天哪,我要赶快跑到实验室去,如果这能成功的话……’”

他们真的成功了。结果超出了杜德娜的设想(尽管她本来就抱有很高的期待)。2012年8月17日,当杜德娜和卡彭蒂耶将他们对CRISPR-Cas9的研究成果公诸于众时,该领域的科学家立刻认识到这一技术的变革性力量,他们都想知道CRISPR-Cas9究竟能做什么,一场全球性竞赛由此拉开序幕。

CRISPR是怎样工作的?CRISPR是细菌的“武器”,它能“捣碎”入侵细菌的病毒的DNA。科学家可以利用这套工具,改变他们想要修饰的DNA序列。和从前的基因组编辑方法不同,CRISPR系统采用一个通用酶——Cas9来执行剪切。研究人员需要做的一切,就是制造一个gRNA来引导Cas9,而合成一条RNA,远比合成一个酶更加容易。

2013年之前,研究人员一直在尝试将CRISPR-Cas9应用于植物和动物细胞——它们比细菌要复杂得多。在他们看来,这和复活尼安德特人与猛犸象一样激动人心。在哈佛大学,遗传学家乔治•丘奇(George Church)领导的团队用CRISPR技术来改变人类基因,为疾病的治疗提供了多种可能性。

CRISPR-Cas9很快成为了投资的热点。一年多以前,杜德娜联手丘奇、麻省理工学院的张峰和其他研究人员,共同成立了爱迪塔斯医药公司(Editas Medicine),他们获得了4300万美元的风险投资,用以开发一类新的、基于CRISPR的药物(该公司还没有透露他们首先瞄准的是哪类疾病)。2014年4月,获得2500万美元投资的CRISPR医疗公司(CRISPR Therapeutics)在瑞士巴塞尔和英国伦敦成立,他们的目标也是开发基于CRISPR的疾病疗法。爱迪塔斯医药公司和CRISPR医疗公司都需要多年时间,才能开发出相应的疗法,然而,实验室的供货商们已经在向世界各地的客户销售可以立即用于动物注射的CRISPR材料,并开始为客户定制经CRISPR改造的小鼠、大鼠和兔子。

今年,我在一个潮湿的夏日拜访了位于圣路易斯的SAGE实验室(SAGE Labs),它是第一批获准使用杜德娜的CRISPR技术来改造啮齿类动物的公司之一。在那里,我能亲眼见识CRISPR是如何起作用的。SAGE实验室向大约20家顶级制药公司,以及众多高校、研究所和基金会供应实验材料。英国剑桥的生物技术公司地平线发现集团(Horizon DiSCovery Group)早前也已独立涉足CRISPR产品的研发;2014年9月,他们又以4800万美元收购了SAGE实验室。SAGE实验室位于一个工业园区内,建在一条马路尽头的一组低矮的办公建筑里。这里的科学家收到一个来自实验室的网上订单:加利福尼亚州萨克拉门托(Sacramento)的一个实验室为研究帕金森病,订购20只敲除了Pink1基因的小鼠。建筑新修的侧楼耗资200万美金,里面是为客户定制的基因改造大鼠,以及其他经CRISPR改造的啮齿类动物。这些动物生活在超净、恒温的笼子里,笼子整整齐齐地放在一起,从地板一直排到天花板。工作人员填写订单、选出相应的20只大鼠,将它们轻轻地放在盒子里打包,然后空运到加利福尼亚——整个流程就是这么简单。如果有人想要研究精神分裂症或疼痛控制,也可以这样订购实验动物。

不过,如果仓库里没有客户想要定制的那种动物,流程就不一样了。例如,有一个客户想要研究帕金森病和一种新发现的可疑基因(或者一个基因的特定突变)之间的关系,当他到SAGE实验室订购啮齿类动物的时候,有几个选择。SAGE实验室的科学家能用CRISPR技术“关掉”目标基因,制造一个突变;他们也可以关掉目标基因,然后再往里插入一个人源基因。从帕金森病到囊性纤维化,再到艾滋病,许多疾病都和基因突变有关。过去,科学家需要一年时间,才能培育出这些带有复杂基因突变的实验动物。但CRISPR不同于以往的基因组编辑技术。利用这种技术,研究人员能同时在细胞内快速地改变多个基因。培育基因工程动物的时间已因此缩短到几周。

SAGE的员工首先使用化学试剂盒,合成客户定制的DNA,以及与这条DNA相匹配的RNA。他们将RNA和Cas9蛋白在培养皿里混合,一套具有基因组编辑功能的CRISPR工具就诞生了。然后他们会花上大约一周的时间,用一种外形类似于扫描仪的仪器,测试该工具在动物细胞内的功能。这种仪器能够发射电流,将CRISPR工具注入细胞。进入细胞的CRISPR工具会立刻开始工作,对DNA进行剪切,进行小量的基因插入与删除。CRISPR并非100%有效:在某些细胞里,它们会剪切DNA、制造突变,在另一些细胞里则完全不起作用。为了观察CRISPR的表现究竟如何,科学家会从细胞中收集DNA,将它们集中起来,并将目标位点附近的DNA片段复制多个拷贝。他们会对这些DNA进行处理与分析,然后查看显示在电脑屏幕上的分析结果。如果CRISPR成功切开目标位点,制造出突变,屏幕上就会显示出一条模糊的条带,并且,CRISPR剪切过的DNA越多,条带就越明亮。接下来,“战场”转移到了侧楼的动物实验室里。科学家就是在这里制造出经基因改造的胚胎,以及突变过的啮齿动物。生物学家安德鲁•布朗(Andrew Brown)戴着外科手套、身穿蓝色的长袍、戴着套鞋和蓬松的帽子,弯腰伏在解剖显微镜前。他用玻璃移液管的尖端吸起一个大鼠胚胎,然后走到房间的另一头,将胚胎转移至另一台装有机械手臂的显微镜上。他将胚胎放到载玻片上的一滴液体里,固定到台面上。现在,CRISPR就要发挥它的魔力了:他用右手控制操纵杆,一只机械手臂将一根空的玻璃针头扎入胚胎。

从显微镜的目镜看去,胚胎中来自双亲的两个原核(pronucleus)就像是月球表面的环形山。布朗轻轻推动细胞,直到其中一个原核移到针尖的旁边。他点击电脑鼠标,一滴含有CRISPR的液体从针头喷出,穿过细胞膜进入细胞。原核立即像一朵快速盛开的花一样膨胀开来。布朗运气不错,一个突变细胞就此诞生了。SAGE实验室中有3个技术员,他们一周4天、一天300次地重复着这项工作。

布朗将完成注射的大鼠胚胎吸入移液管,移进培养皿,存储在加热至动物体温的培养箱中。最后,他需要将30~40枚经过修饰的胚胎注射到代孕母鼠体内。20天后,代孕大鼠将怀上5~20个“孩子”,当这些“孩子”长到10天大的时候,SAGE实验室的科学家将抽取组织样本,检测哪个“孩子”带有改造过的基因。

关注天下网吧微信,了解网吧网咖经营管理,安装维护:


本文来源:不详 作者:佚名

声明
本文来源地址:http://www.ithome.com/
声明:本站所发表的文章、评论及图片仅代表作者本人观点,与本站立场无关。若文章侵犯了您的相关权益,请及时与我们联系,我们会及时处理,感谢您对本站的支持!联系邮箱:support@txwb.com.,本站所有有注明来源为天下网吧或天下网吧论坛的原创作品,各位转载时请注明来源链接!
天下网吧 网吧天下