MIT大牛卢冠达:巧借CRISPR,首次发明人体细胞DNA“录音机”

医疗健康 来源:生物探索
2016
08/23
11:11
生物探索 医疗健康


8月18日,卢冠达博士发表的这项新成果声称,其研究小组开发出一种记录人类细胞DNA复杂历史的方法。据悉,这是首个可以记录人类细胞中事件持续时间和/或强度的模拟记忆存储系统。而这一研究中的新方法借助了目前生命科学领域非常热门的基因编辑系统CRISPR/Cas9。

近几年,除卢冠达博士外,一些其他研究人员也曾设计出一些方法用于记录细菌细胞中的这种模拟信息。但值得注意的是,此前,一直没有人在人类细胞中做到这一点。就在上周,这一领域终于迎来了新的进展。

事实上,早在2014年11月14日,卢冠达(Timothy K. Lu)博士就曾在Science上发表过一篇题为“Genomically encoded analog memory with precise in vivo DNA writing in living cell populations”的论文。在这一研究中,他带领的研究小组发明了一种DNA“录音机”,可将DNA转化为可读的形式,记录细菌细胞几个星期的生活史,描述活细胞各种各样的记忆。

特殊设计

据介绍,以往利用CRISPR技术编辑基因时,研究人员需要创建一个与靶序列相匹配的RNA向导链。为了编码记忆,卢冠达博士的研究小组采用了不同的方法:他们设计的向导链能够识别编码相同向导链的DNA,即自我靶向向导RNA(self-targeting guide RNA)。

由于大部分的突变会导致DNA序列的部分缺失,研究人员设计的RNA向导链长于通常的20个核苷酸。研究显示,40个核苷酸的序列足够记录一个月。此外,他们还设计了70个核苷酸的序列,可更长时间的记录生物学信号。

作用机制

在这种自我靶向向导RNA的引导下,Cas9酶会切割编码这一向导链的DNA,产生突变,从而成为这一事件的永久记录。被编辑的DNA序列一旦突变后,会产生新的向导RNA链,指引Cas9作用于新突变的DNA。只要Cas9有活性或者自我靶向向导RNA依然表达,这种突变就会不断积累。

通过调节Cas9或自我靶向向导RNA的活性,这一系统能够提供基因组编码记忆。举例来说,研究人员可以设计一种特定基因回路,只有在靶分子(如TNF-α)存在时,Cas9才会表达。每当TNF-α存在时,Cas9就会切割编码向导序列的DNA,生成突变。接触TNF-α的时间越长或TNF-α的浓度越高,DNA序列中累积的突变就越多。随后,通过测序DNA,研究人员可以确定接触的程度如何。

应用前景

在这一研究上,科学家们还证实,该系统能够记录小鼠体内的炎症反应。研究人员表示,目前这一方法最有可能用于研究人类细胞、组织或工程器官。通过记录细胞中发生的事件,科学家们可以监测炎症、感染或癌症的进展。它还有可能用于研究动物从胚胎发育为成体过程中细胞特异性分化为不同组织的过程。

80后“大牛”的跨界传奇史

作为一名新生代学者,卢冠达博士(Timothy K. Lu)曾在2010年入选MIT Technology Review评出的“35 Innovators Under 35”榜单。这一评选始于1999年,曾经的入选者包括Facebook的创始人Mark Zuckerberg、Linux之父Linus Torvards、Yahoo创始人杨致远以及美国科学院院士庄小威等。

卢冠达的童年一半在美国度过,一半在台湾度过。年仅35岁的他在学术方面经历非常多样,横跨电气工程、计算机科学、合成生物学和医学多个领域。MIT电子学研究实验室的主任Yoel Fink说:“Lu拥有非常不寻常的背景,没有多少人能够做到像他这样。”

在本科和硕士阶段,卢冠达在MIT学习了电气工程和计算机科学。但是,他发现,这些领域的大问题都已经被解决了。与此同时,2003年左右,合成生物学正式兴起,Lu希望能够加入这一领域。因此,攻读博士时,他加入了波士顿大学合成生物学家Jim Collins的实验室。

在那期间,他开发了能够分解生物膜的工程噬菌体。2009年,他与两名研究生联合创办了一家生物技术公司。公司现名为Sample6,致力于利用定制的噬菌体检测食品污染。

除了横跨上述3个学科,卢冠达还在哈佛大学取得了医学博士学位。他说:“我对改造细胞来治疗疾病非常感兴趣,但是我并不了解在临床中面对的真正问题。”

2010年,MIT聘请卢冠达作为医学院的教员。自那时起,他的实验室致力于研究一系列合成生物学领域的难题。抗生素耐药性问题是卢冠达博士非常感兴趣的领域之一。2013年,他创办了另一家名为Synlogic的公司,致力于检测工程菌治疗感染的能力。

Fink说:“卢冠达是合成生物学领域的一位思想领袖。他的科学创造力、对感兴趣问题的追求,以及与他人协作的能力帮助他在学术和商业上取得了成功。”

近年来,卢冠达博士带领的研究小组相继在Cell、Nature Biotechnology、Science等顶级期刊上发表了多项重要的成果。值得注意的是,在一些研究成果中,他将合成生物学与基因编辑技术进行了完美的融合。

今年6月,他在Cell子刊Trends in Biotechnology杂志上发表了题为“Engineering Synthetic Gene Circuits in Living Cells with CRISPR Technology”的综述文章,探讨了如何活细胞中利用CRISPR技术构建工程合成基因回路。

【附】卢冠达博士近期发表的部分研究成果:

1.Synthetic biology and microbioreactor platforms for programmable production of biologics at the point-of-care. Nature Communications(2016年7月29日)

2.Synthetic recombinase-based state machines in living cells. Science(2016年7月22日)

3.Multiplexed barcoded CRISPR-Cas9 screening enabled by CombiGEM .PNAS(2016年3月1日)

4. Putting Non-coding RNA on Display with CRISPR . Molecular Cell.(2015年7月16日)

5.Massively parallel high-order combinatorial genetics in human cells. Nature Biotechnology(2015年8月17日)

来源:生物探索

为你推荐

阿斯利康最新披露:在中国或面临800万美元新罚款资讯

阿斯利康最新披露:在中国或面临800万美元新罚款

据相关报道,英国当地时间4月29日,阿斯利康在最新季度的财报会议上透露,就在华涉嫌非法进口药品一事,公司可能可能会在中国面临一项新的罚款。

2025-04-30 15:53

君合盟生物重组A型肉毒毒素临床试验双线突破,覆盖严肃医疗与消费医疗两大领域资讯

君合盟生物重组A型肉毒毒素临床试验双线突破,覆盖严肃医疗与消费医疗两大领域

用于成人中、重度眉间纹适应症的III期临床试验在组长单位北京大学第一医院正式启动并完成首例入组。针对成人脑卒中后上肢痉挛治疗的II期临床试验由复旦大学附属华山医院牵头并顺...

2025-04-30 12:39

海关总署关于进口阿根廷牛黄的检疫和卫生要求资讯

海关总署关于进口阿根廷牛黄的检疫和卫生要求

本公告中的牛黄是指来自于阿根廷共和国国内养殖牛的胆囊或胆管的干燥胆结石。

2025-04-28 22:10

股价只剩2毛,这家上市15年的A股药企要退市了资讯

股价只剩2毛,这家上市15年的A股药企要退市了

上市15年后,吉药控股最终还是走向了退市的结局。

2025-04-28 17:50

科塞尔医疗完成近亿元B+轮融资,加速血管介入器械全领域平台化布局资讯

科塞尔医疗完成近亿元B+轮融资,加速血管介入器械全领域平台化布局

本轮融资由国内知名投资机构铁投巨石领投,苏高新金控持续追加投资,园雍投资跟投,资金将用于核心产品研发、全球市场推广及产能扩建。

2025-04-28 16:54

一款印度企业的原料药被暂停进口资讯

一款印度企业的原料药被暂停进口

昨日(4月27日),国家药监局发布公告称,暂停进口印度企业VITAL LABORATORIES PVT LTD 地高辛原料药。

2025-04-28 12:52

凯西集团2024财年实现双位数营收增长,不断投资研发,聚焦可持续发展资讯

凯西集团2024财年实现双位数营收增长,不断投资研发,聚焦可持续发展

凯西集团(Chiesi Group)是一家以研发为基石的意大利国际制药集团,总部位于意大利帕尔马,业务覆盖全球31个国家和地区。在2024财年,凯西集团圆满收官,取得了强劲的财务业绩...

2025-04-28 11:29

别让肺结节成心结,肺健康清“结”公益行动在人民日报社正式启动资讯

别让肺结节成心结,肺健康清“结”公益行动在人民日报社正式启动

2025年4月27日,《爱肺行动》之别让肺结节成心“结”——肺健康清“结”公益行动,在北京人民日报社正式启动,由广东省钟南山医学基金会、江苏养无极药业有限公司发起,联合京东健康...

2025-04-28 10:26

耀速科技获数千万元战略投资,以“AI+器官芯片”助力新药研发资讯

耀速科技获数千万元战略投资,以“AI+器官芯片”助力新药研发

本轮资金将用于加速公司“3D-Wet-AI”闭环技术体系的建设,并推动国际合作及多场景商业化落地。

2025-04-28 10:01

被忽视的“经期头痛”,专家提醒频繁发作需及时就医资讯

被忽视的“经期头痛”,专家提醒频繁发作需及时就医

偏头痛是一种常见的慢性神经血管性疾病,不仅有中到重度的头痛症状,还常伴随多种复杂症状比如恶心、呕吐、畏光、畏声等。女性偏头痛的发病率是男性的2~3倍,约20%~25%的女性偏...

2025-04-28 09:42

126个药品在辽宁省主动降价资讯

126个药品在辽宁省主动降价

辽宁全省所有医疗卫生机构将于04月30日起执行新的挂网采购价格。降价产品设置采购过渡期,时间为1周。

2025-04-27 18:35

A股上市公司未名医药的核心子公司,被停产资讯

A股上市公司未名医药的核心子公司,被停产

4月24日晚间,未名医药发布公告称,4月22日,天津市药监局发布公告,对公司控股子公司天津未名生物医药有限公司(以下简称“天津未名”)进行了药品GMP符合性检查。经综合评定、...

2025-04-27 11:34

瑞博生物港交所递表,小核酸药物龙头企业有望登陆资本市场资讯

瑞博生物港交所递表,小核酸药物龙头企业有望登陆资本市场

瑞博生物成立于2007年,专注于RNA干扰(RNAi)技术开发及小核酸药物产业化,是全球最早布局该领域的开拓者之一。

2025-04-27 10:36

Cytiva与中欧创新医药与健康研究中心签署全面合作协议资讯

Cytiva与中欧创新医药与健康研究中心签署全面合作协议

双方将携手在细胞治疗药物成果转化领域展开全面合作,推动大湾区生物医药产业的蓬勃发展,打造全球生物医药创新高地。

2025-04-25 19:49

精鼎医药任命 Charlotte Moser为公司首席医疗官,负责领导全球医学战略资讯

精鼎医药任命 Charlotte Moser为公司首席医疗官,负责领导全球医学战略

今日(4月25日),致力于为客户提供I至IV期全方位临床开发服务的跨国合同研究组织(CRO)精鼎医药宣布,公司已任命 Charlotte Moser博士出任首席医疗官。

2025-04-25 15:06

强生宣布锐珂(埃万妥单抗注射液)联合化疗方案在华获批,用于EGFR TKI经治后局部晚期或转移性非小细胞肺癌患者治疗 资讯

强生宣布锐珂(埃万妥单抗注射液)联合化疗方案在华获批,用于EGFR TKI经治后局部晚期或转移性非小细胞肺癌患者治疗

强生公司今日(4月25日)宣布,旗下创新治疗药物锐珂®(埃万妥单抗注射液)正式获得国家药品监督管理局批准,与卡铂和培美曲塞联合给药,适用于治疗携带表皮生长因子受体(EGFR...

2025-04-25 15:00

凶险的百日咳,发病率40年新高!专家:婴幼儿需“加速免疫”资讯

凶险的百日咳,发病率40年新高!专家:婴幼儿需“加速免疫”

2024年1至12月全国共报告百日咳近50万例,是2023年的12倍,跃升至近40年来的峰值。

2025-04-25 14:12

《新英格兰医学杂志》发布: 研究证实速福达可将流感病毒家庭传播概率降低32%资讯

《新英格兰医学杂志》发布: 研究证实速福达可将流感病毒家庭传播概率降低32%

罗氏全球今日(4月25日)宣布,速福达®(玛巴洛沙韦)III期临床试验CENTERSTONE研究详细结果在《新英格兰医学杂志》(NEJM)上发布。结果显示研究达到了主要终点:流感感染者单...

2025-04-25 13:34

阿斯利康携手本土创新力量,持续探索非小细胞肺癌联合治疗方案资讯

阿斯利康携手本土创新力量,持续探索非小细胞肺癌联合治疗方案

阿斯利康与石药集团、映恩生物和银珠医药三家本土生物医药公司正式签署临床研究合作协议

2025-04-25 10:58