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《Nature》阻止动物跨物种交配的关键节点
本周发表在《Nature》杂志上的一篇文章推翻了长期以来关于进化确保动物种族延续的信念。远眺长期以来，科学家们认为动物不会自己杂交，因为进化改变了它们的神经系统外周（末梢区域），包括检测和处理信息素的感官。外周变化被认为是动物发展出物种特异性行为（包括交配）的必要条件。但是，目前还未能确认它是否是动物神经系统变化的主要或唯一位点。Vanessa Ruta是神经生理学和行为实验室的负责人，她与她的团队利用一系列先进的遗传和成像工具，并发明了一些新工具，追踪雄性果蝇前腿感觉神经元（用来“嗅”信息素，将信息传递至大脑中央处理中心）电化学脉冲，比较了两个关系较为密切的果蝇物种——-黑腹果蝇（Droso
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解答CRISPR基因编辑疑惑：为何有时有效，有时无效？
生物通报道：伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员第一次指出了为什么CRISPR基因编辑有时无法生效，以及如何能帮助这一过程更为有效。CRISPR是一种大热的基因编辑工具，它能帮助科学家们从DNA中切除不需要的基因或遗传物质，有时还可以添加上所需的序列。CRISPR使用的是一种名为Cas9的酶，它像剪刀一样切除不需要的DNA。一旦在要去除的DNA的任一侧上进行切割，细胞或者开始修复，将DNA链的两端粘合在一起，或者死亡。在最新这项研究中，研究人员发现，当利用CRISPR进行基因编辑时，存在15％的失败率，这通常是由于Cas9蛋白与切割位点的DNA持续结合，阻止了DNA修复酶进入切口。这是第一次发现为
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BioRxiv争议性成果：首次在哺乳动物中证明CRISPR基因驱动
（图片来源：Nature网站）生物通报道：加州大学圣地亚哥分校的研究人员首次报道在哺乳动物中利用CRISPR-Cas9完成基因驱动。这一研究发现发布在7月4日的bioRxiv预印本上。基因驱动（gene drive）能将外源基因快速引入动物群体，并由此消除相关疾病，或者对害虫和入侵物种进行控制。这种方法确保后代优先继承一个父母的特定等位基因，因此即使它对物种繁殖或者存活有害，这种突变也可以快速传播。“这些结果表明，CRISPR-Cas9基因驱动机制可用于简化实验室小鼠的复杂遗传杂交，并为目前关于在岛屿中侵入性啮齿动物群体的应用争论提供有价值的数据，”作者写道。“Gene drive”最早在20
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新型基因编辑技术“PNAs”与“CRISPR”一决高下
据估计，每年800万儿童患有严重的遗传疾病或出生缺陷。妊娠期间可以通过羊膜穿刺术检测胎儿是否患有遗传疾病，但是，在出生前没有医疗选择可以纠正这些遗传错误。胚胎发育早期，许多干细胞快速分裂。“如果我们能早点纠正一个基因突变，就能显著地减少突变对婴儿发育的影响，甚至可以治愈这种疾病，”卡耐基梅隆大学医学院化学教授Danith Ly说。研究人员采用Ly课题组研发的基于肽核酸（peptide nucleic acids，PNAs）的基因编辑技术，使用FDA批准的纳米颗粒将与供体DNA配对的PNA分子递送至遗传突变位点。当PNA-DNA复合体识别出指定突变时，PNA分子与DNA结合并解开它的两条链，让供
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不切割DNA的CRISPR促进普通人类皮肤细胞转化为iPSCs
我们的身体由许多不同种类的细胞组成，每种细胞都有自己的职能。2012年，日本科学家山中伸弥因为将成人皮肤细胞转化为早期胚胎典型细胞，即诱导多能干细胞（iPSC）成就获得诺贝尔奖，细胞职能的转变过程被称为重编程。目前为止，重编程只有通过人工引入关键基因（山中因子）进入皮肤细胞，在成体细胞中这些因子通常是不活跃的。赫尔辛基大学的Timo Otonkoski教授和卡洛琳斯卡学院的Juha Kere教授课题组合作让细胞自我激活，成功地将皮肤细胞转化为了多能干细胞。他们利用了CRISPRa基因编辑技术，该方法利用了基因剪刀Cas9的一个钝化版本，它不能剪切DNA，因此激活基因表达的同时不容易导致基因组突
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中国药科大学教授第一作者发表Science文章 解析关键CRISPR-Cas系统机制
来自康奈尔大学，哈佛医学院，中国药科大学的研究人员发表了题为“Structure basis for RNA-guided DNA degradation by Cascade and Cas3”的文章，利用冷冻电镜获得了分辨率分别为3.7和4.7Å的pre-nicking和post-nicking状态下的Type I-E Cascade/R-loop/Cas3复合体的晶体结构。这对于解析CRISPR-Cas系统中RNA如何指导DNA进行降解提出了新观点。这一研究成果公布在Science杂志上，文章的通讯作者为康奈尔大学柯爱龙教授，和哈佛医学院廖茂富教授，中国药科大学药学院药理系肖
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《Nature》子刊：“魔剪”CRISPR改善了自闭症小鼠行为
科学家们采用CRISPR-Cas9基因编辑系统减轻了患有脆性X染色体综合征（fragile X syndrome，FXS）小鼠的部分自闭症症状。FXS被认为是单基因导致的自闭症谱系障碍（ASD）的最常见原因。加州大学伯克利分校开发的利用纳米金颗粒递送Cas9酶入脑切割DNA技术（该技术被简称为CRISPR-Gold）允许研究人员对FXS小鼠的神经递质受体基因进行编辑，有效减少了动物重复特定行为的病症。文章发表在6月25日的《Nature Biomedical Engineering》杂志。夸张的重复行为是ASD的共同特征，CRISPR-Gold在FXS小鼠模型中展示出的效果预示着这种技术对其他
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CRISPR基因编辑时代，寻找世上最小的“救护车”
CRISPR-Cas9本来是细菌用来抵御病毒的免疫工具。过去几年，研究人员发现这套系统也可以相对精确地定向修改哺乳动物和植物等生物的基因。世界各地涌现出大量研究开始关注 CRISPR-Cas9 在衰老和疾病（如癌症）等领域的潜在应用。在科学家们还未透彻地阐明DNA损伤和修复的意义和影响之前，基因组编辑时代已然到来。上周，《Nature Medicine》就报道了CRISPR-Cas9基因编辑技术因DNA剪切可能导致p53蛋白激活，从而引发细胞无限增殖和癌变。因此，我们迫切需要更深入地理解应对DNA链断裂细胞采取了哪些进程。 《Nature Medicine》基因编辑工具增加致癌隐患本周，南加州
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暗添弓箭力——应对CRISPR脱靶危机的正确姿势
2017年5月发表在Nature Methods杂志上，题为“Unexpected mutations after CRISPR-Cas9 editing in vivo”的研究轰动了整个学术圈。该文章声称CRISPR/Cas9基因编辑系统会引入大量不可预估的突变到小鼠基因组中，由此引发了关于CRISPR/Cas9系统潜在脱靶效应的一系列激烈的讨论。后续调查结果发现，所谓大规模的脱靶现象是作者使用了基因背景不明确的小鼠对照而产生的错误判断，该文章也在2018年3月被正式撤稿1。图1. Nature Methods杂志最终单方面决定，在通讯作者全都不同意的情况下强行撤稿这篇有争议的论文，打破了学
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先进宏基因组学发《Nature》文章，鉴定土壤中富含大量新抗生素资源
6月13日，加州大学伯克利分校的科学家在《Nature》发文报告，利用宏基因组测序鉴定出数百种土壤细菌基因表达的复杂和重要分子。新基因之所以现在才被发现，是因为这些微生物无法在培养皿中生长。新研究鉴定出来的基因很多都来自未知细菌群落，这些微生物生产的抗生素和抗真菌素将来或许可以帮助人类对抗细菌或真菌感染。时至今日，新抗生素挖掘速度变慢，致病细菌对现有药物抵抗力越来越强。美国疾病控制和预防中心估计，在美国每年至少200万人感染耐药细菌，超过23000人死于这些细菌感染。加州大学的科学家们在加利福尼亚州北部草甸4-16英寸深处采集了60份10g土壤样本，据此研究小组成员组装了大约1000种不同微生
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Nature子刊：人工基因缺陷揭示遗传疾病新靶标
这是缺乏FANCC基因的HAP1细胞的免疫荧光染色，用MMC处理24h，对BRCA1,53BP1和DAPI染色。生物通报道：DNA修复对健康有机体至关重要。在我们生命的每一天中，我们细胞的遗传物质都会出现数以万计的损害。因此，在进化过程中发展出了各种各样的修复机制，使细胞能够快速反应并修补受影响的DNA链。当这些修复机制失效时，机体就无法修复DNA，就会出现许多疾病，如范可尼贫血(Fanconi anemia,FA)，这是一种常染色体隐性遗传性血液系统疾病，患者细胞不能修复DNA损伤，因为修复能力的缺乏，范可尼贫血症患者是很多癌症的高危人群，尤其是白血病以及头部和颈部癌症。到目前为止，还没有发
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《Nature Medicine》基因编辑工具增加致癌隐患
最初科学家们在细菌中发现CRISPR-Cas9，该系统可以通过切割DNA定点编辑基因组的指定序列。这把精准的“分子剪刀”正被科学家们试图用来纠正人类遗传缺陷或DNA突变，目前，中国和美国已经开展了基于CRISPR-Cas9的癌症免疫疗法临床试验，并且即将推出治疗镰状细胞性贫血等遗传血液疾病的新试验。6月11日《Nature Medicine》杂志发表了两篇独立论文。研究人员在其中一篇论文中写道，在实验室条件下，利用CRISPR-Cas9剪切DNA会导致p53蛋白激活，该蛋白是细胞面对DNA损伤的急救措施。一旦p53被激活，CRISPR-Cas9基因编辑效率就会降低。因此，缺乏或不能激活p53的
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CRISPR操作越来越简单了：通用的基因编辑平台
“CRISPR可以针对任何特定遗传密码，在非常精确的位置编辑DNA，从而让科学家们永久地修改活细胞和模式动物的基因、探索基因功能，”文章共同一作、贝勒医学院Olivier Lichtarge实验室的指导员David Marciano博士。Dr. David Marciano（左）和Dr. Olivier Lichtarge“核糖核蛋白复合体切割特定DNA序列，复合体中的引导RNA与目标DNA碱基配对。模块化的核酸/蛋白质复合物允许研究人员几乎可以靶向任何序列，”共同一作、博后学者Toon Swings说。但是，既有方法也提出了一些挑战，例如潜在的脱靶效应、每个靶基因要求设计独特的导向RNA和目
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Cell子刊介绍一种高效精确的基因敲入技术：Tild-CRISPR
一组研究人员设计了一种新型基因靶向整合策略Tild-CRISPR，它可以在小鼠和人的细胞中实现高效精确的基因敲入。Tild-CRISPR不仅适用于高效地构建小鼠动物模型，同时为研究体内的基因功能以及开发潜在的基因疗法提供新思路。这一研究成果公布在Developmental Cell期刊上，题为《Tild-CRISPR Allows for Efficient and Precise Gene Knockin in Mouse and Human Cells》的研究论文，由中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组与山东大学附属生殖医院、上海交通大学医学院附属仁济医院陈子江教授
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昆明理工大学，上海科技大学学者Cell探讨CRISPR编辑技术面临的挑战
生物通报道：所有的科学都是从自然中得到灵感，这一点在生物学中更为真实，CRISPR基因组编辑技术就是来自细菌的防御系统，这种技术已经掀起了生命科学研究的新浪潮，但是也面临了不少挑战，5月31日Cell杂志就以“The Future of Genome Editing”为题，邀请了三位科学家，探讨CRISPR编辑技术的前景和它所面临的挑战。陈佳上海科技大学生命科学与技术学院实验室将探索由DNA修复引发的突变在疾病发生、衰老以及基因组主动性去甲基化等过程中所起的作用， 主要集中于三个方面： 1）DNA修复在内源基因组水平引发突变的分子机制；2）鉴定并分析参与DNA修复引发突变的新分子和新通路；3）
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全基因组CRISPR筛选寻找肿瘤免疫治疗新靶点
CRSIPR筛选揭示T细胞抗原受体信号传导网络来自上海科技大学，加州大学旧金山分校，中山大学等处的研究人员发表了题为“A genome-wide CRISPR screen identifies FAM49B as a key regulator of actin dynamics and T cellactivation”的文章，利用CRISPR全基因组遗传筛选，系统性地研究了T细胞激活的分子机制，绘制了人类T细胞功能的调控图谱。这一研究成果公布在PNAS杂志上，文章的通讯作者为上海科技大学生命学院王皞鹏，加州大学旧金山分校Arthur Weiss，和中山大学魏来，第一作者为尚婉婧、姜勇和M
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Neuron：APOE4变异如何改变脑细胞
众所周知，若不幸携带了载脂蛋白E4（APOE4）变异，则患上晚发性阿尔茨海默病的风险要比一般人高不少。不过，APOE4如何导致患者大脑中的淀粉样蛋白增加，目前还不清楚。最近发表在《Neuron》上的一项研究表明，APOE4导致脑细胞内发生许多变化，包括基因表达的差异。麻省理工学院（MIT）领导的一个研究团队利用iPSC、CRISPR基因编辑和转录组分析来研究APOE4对各种脑细胞的影响。他们发现，当细胞表达APOE4而不是APOE3时，数百个基因在各种脑细胞中表达出现差异，导致与疾病表型相关的细胞行为发生改变，包括胆固醇代谢失调。在这项研究中，麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的Li&
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Cell：CRISPR新一代编辑技术为CAR T细胞疗法提出全新概念
生物通报道：急性髓系白血病AML是成人最常见的急性白血病，它能引起骨髓“漏血”，导致化疗药物无法有效呈递。CAR T疗法是一种近年来兴起的有效治疗方法，但是之前科学家尝试靶向CD33，发现会损害健康细胞。宾州大学宾夕法尼亚大学Abramson癌症中心开创的一种新方法能为利用CAR T细胞治疗急性髓系白血病提出新的思路。这一研究成果公布在5月30日的Cell杂志上。为了治疗AML，研究人员必须靶向这种特定的蛋白质：CD33，这种蛋白质在健康细胞中也有表达，这意味着该疗法不仅对癌症起作用，也会对正常骨髓造成严重损害。最新方法使用基因编辑工具CRISPR/Cas9从健康的血液中剔除健康血液干细胞中的
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Nature Plants报道一种植物抗虫新机制：
降低5-羟色胺生物合成提高植物抗性
害虫是农业和林业生产的大敌。据报道，每年虫害对全球作物、牧场和森林造成的经济损失高达2500亿美元。在我国农业生产中，虫害也是造成粮食损失的重要原因。为防治害虫，农民需要使用大量的农药，不但极大地增加了生产成本，而且还会对人体健康和环境安全造成严重危害。因此，培育抗虫作物品种是控制害虫危害最为绿色、经济、有效的办法。在国际上，转基因的抗虫Bt棉花和Bt玉米品种的育成和使用为防治鳞翅目害虫如棉铃虫、玉米螟的危害发挥了重要作用。然而，由于Bt作物大多只对鳞翅目害虫有效，而对其他重要害虫如蚜虫等没有效果，加之民众对转基因食品安全的担忧，因此，我国目前除了Bt棉外，这项技术尚未在粮食作物生产中加以应用
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5月王牌聚焦：五月三大技术带来新的思路
生物通报道：麦克卢汉的“技术决定论”认为，技术是推动社会发展的重要力量，这在自然科学研究历史中显得格外突出，有无数的前人事迹告诉我们，技术的发展往往能带来研究的突破。本月一些技术的发展值得我们大家关注：单细胞测序技术理解任何多细胞生命系统的前提是理解“细胞”，今天单细胞研究已经不再只是纸上谈兵了，全球已经有许多实验室展开了单细胞研究，近期Science，Cell就接连公布了这方面的成果。斯坦福大学医学院的研究人员发现衰老的新奥秘：相比于年轻人，老年人的免疫细胞携带更多的染色质修饰。而且这些修饰差异主要来源于环境。研究人员通过一种快速，准确的新方法，一个个的分析单细胞，总共分析了上亿个细胞，发现
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