Science：CRISPR解決棘手的科研難題

Science：CRISPR解決棘手的科研難題

2016年08月19日訊 諾如病毒（Norovirus）是造成腹瀉的一種常見病毒，但科學(xué)家們對其致病機(jī)制一直知之甚少，因為這種病毒無法在實驗室中培養(yǎng)?，F(xiàn)在，華盛頓大學(xué)的研究人員通過CRISPR-Cas9技術(shù)鑒定了諾如病毒入侵細(xì)胞所需的蛋白。這一重要發(fā)現(xiàn)于八月十八日發(fā)表在Science雜志上。

“無法在實驗室培養(yǎng)諾如病毒，這大大限制了我們開發(fā)抗病毒藥物的能力。如果不能讓病毒在人類細(xì)胞中增殖，要怎么找到抑制病毒增殖的藥物呢？” 文章資深作者Herbert Virgin教授說?！拔覀?yōu)榻⒅Z如病毒的小鼠模型奠定了良好的基礎(chǔ)。這樣的模型可以幫助我們理解諾如病毒感染的病理機(jī)制，尋找相應(yīng)的治療方法。”

諾如病毒每年都會在學(xué)校、酒店和游輪中造成疫情，使患者出現(xiàn)腹瀉、嘔吐、胃痙攣等癥狀。諾如病毒有許多種，但每一種諾如病毒只能感染一種動物。人類諾如病毒無法感染生物醫(yī)學(xué)研究常用的動物模型，比如小鼠、大鼠或兔子。人類諾如病毒甚至不能感染體外培養(yǎng)的人類細(xì)胞。

2003年，人們發(fā)現(xiàn)了小鼠諾如病毒。小鼠和人類諾如病毒的基因組非常接近，在電鏡下看起來也很相似。不過，誰也不能斷言小鼠諾如病毒的感染過程與人類諾如病毒是否相關(guān)。Virgin及其同事認(rèn)為，找到諾如病毒只能入侵特定物種的原因，有助于建立更好的病毒感染模型。

研究人員通過CRISPR-Cas9技術(shù)鑒定了小鼠諾如病毒所需的小鼠基因。研究顯示，用CRISPR-Cas9敲低CD300lf基因的時候，諾如病毒就不能感染細(xì)胞了。CD300lf編碼小鼠細(xì)胞表面的一個蛋白，研究人員相信病毒就是通過這個蛋白進(jìn)入細(xì)胞的。

進(jìn)一步研究表明，在人類細(xì)胞表面表達(dá)小鼠CD300lf蛋白，小鼠諾如病毒就可以感染人類細(xì)胞并在其中增殖?！靶∈笾Z如病毒在人類細(xì)胞中長得很好，”Virgin說?！斑@告訴我們，諾如病毒的物種限制取決于它們是否能夠進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞之后，人類和小鼠諾如病毒的感染機(jī)制很可能是保守的?！?/p>

研究人員還發(fā)現(xiàn)，小鼠諾如病毒還需要一個輔因子來感染細(xì)胞，只有CD300lf是不夠的。但他們還沒有明確這個分子到底是誰。病毒需要輔因子才能感染，這種現(xiàn)象并不尋常?？赡苷且驗槿鄙倭诉@個輔因子，人們才無法在實驗室中培養(yǎng)人類諾如病毒。研究人員正在想辦法用表達(dá)CD300lf的人類細(xì)胞研究諾如病毒感染。這樣的研究將幫助人們更好地了解病毒感染機(jī)制，開發(fā)預(yù)防或治療相應(yīng)疾病的藥物。

寨卡病毒（ZIKV）前段時間在拉美國家造成了嚴(yán)重的疫情。人們發(fā)現(xiàn)這種病毒能對人類健康造成嚴(yán)重威脅，會引起新生兒小頭畸形等人類疾病?？茖W(xué)家們一直在與時間賽跑，希望盡快開發(fā)出安全有效的寨卡疫苗。今年六月，他們終于取得了突破性進(jìn)展。Nature雜志發(fā)表的一項研究表明，兩種ZIKV疫苗能夠為小鼠提供完全的保護(hù)，幫助小鼠對抗來自巴西的ZIKV菌株。（更多信息請參見：Nature突破性進(jìn)展：寨卡疫苗獲初步成功）隨后Science雜志發(fā)表的最新研究顯示，候選寨卡疫苗已經(jīng)成功通過了第二輪臨床前研究。貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心BIDMC、華爾特？里德陸軍研究院（WRAIR）以及圣保羅大學(xué)的研究人員證實，候選寨卡疫苗可以為獼猴提供完全的保護(hù)。

埃博拉病毒感染人類會引起致命的出血熱，發(fā)病率和病死率極高。2014-2015年西非爆發(fā)了規(guī)?？涨暗陌２├咔?，導(dǎo)致超過一萬一千人死亡。西非國家塞拉利昂受疫情影響特別大。軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的跨國團(tuán)隊在三月二十八日的美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上發(fā)表文章，闡明了埃博拉病毒在塞拉利昂的傳播動態(tài)，評估了干預(yù)措施起到了實際效果。

呼腸孤病毒（Reoviridae）的蛋白衣殼包裝著分節(jié)段的雙鏈RNA基因組，并且通過TEC進(jìn)行內(nèi)源性mRNA合成。加州大學(xué)洛杉磯分校的周正洪教授和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動科院的孫京臣教授去年十月在Nature雜志上發(fā)表文章，通過冷凍電鏡技術(shù)揭示了這種雙鏈RNA病毒的基因組和TEC結(jié)構(gòu)。周正洪教授是著名的華人科學(xué)家，主要研究方向是利用冷凍電鏡技術(shù)對病毒和大分子復(fù)合物進(jìn)行高分辨的結(jié)構(gòu)和功能研究，曾在Science，Nature，PNAS等國際知名雜志發(fā)表多篇論文。

關(guān)于科技倫理關(guān)注的核心問題,說法不太科學(xué)的是?

關(guān)于科技倫理關(guān)注的核心問題，說法不太科學(xué)的是科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科學(xué)技術(shù)關(guān)系到人類的利益，而倫理學(xué)基本問題則是道德與利益的關(guān)系問題。科技倫理關(guān)注的核心問題主要涉及科技活動中的道德和倫理問題，包括科研活動、技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用實踐等。

1、科研活動：在科研過程中，研究者應(yīng)遵循的道德規(guī)范和倫理原則，包括對受試者的保護(hù)、數(shù)據(jù)的真實性和公正性、技術(shù)的安全性和可靠性等。

2、技術(shù)創(chuàng)新：人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用給社會帶來了諸多倫理問題，如機(jī)器決策的公正性、人工智能與人類價值觀的關(guān)系、算法的不透明性等。隨著大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，個人數(shù)據(jù)的收集、使用和保護(hù)成為科技倫理關(guān)注的重點，涉及數(shù)據(jù)隱私、信息安全、網(wǎng)絡(luò)犯罪等問題。

3、應(yīng)用實踐：技術(shù)評估與監(jiān)管：對新技術(shù)的評估和監(jiān)管是確保技術(shù)發(fā)展的必要環(huán)節(jié)，包括技術(shù)風(fēng)險的評估、社會影響的分析、政策法規(guī)的制定等。

科技倫理的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

1、醫(yī)療倫理：在醫(yī)療領(lǐng)域，科技倫理的應(yīng)用至關(guān)重要。例如，基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9的出現(xiàn)讓我們有可能精確地修改人類基因，但這種技術(shù)的使用必須在嚴(yán)格的道德和法律框架內(nèi)進(jìn)行。如何使用這種技術(shù)治療疾病，同時避免濫用導(dǎo)致基因歧視或人類生殖的混亂，是醫(yī)療倫理關(guān)注的重要問題。

2、人工智能倫理：人工智能技術(shù)的快速發(fā)展讓我們面臨著許多倫理挑戰(zhàn)。例如，自動駕駛汽車在面臨危險時，應(yīng)如何權(quán)衡保護(hù)乘客和保護(hù)路人的生命安全？人工智能是否應(yīng)該被允許在沒有明確許可的情況下收集和存儲個人信息？如何防止人工智能被用于有害的目的？這些都是人工智能倫理試圖解決的問題。

3、科研倫理：科研人員在進(jìn)行研究時，應(yīng)遵循一定的倫理規(guī)范。例如，他們必須尊重參與研究的人員的權(quán)利，確保研究過程的公正性，并確保研究結(jié)果的真實性和可重復(fù)性。科研倫理不僅關(guān)注結(jié)果的獲取，還關(guān)注過程的道德性，以防止研究行為對人類、環(huán)境或社會造成傷害。

人類目前在生物圈研究領(lǐng)域的成就都有哪些？

1、重磅！世界上首例體細(xì)胞克隆猴在中國誕生

克隆羊多莉（Dolly）誕生于1996年7月5日，1997年首次向公眾披露。它被美國《科學(xué)》雜志評為1997年世界十大科技進(jìn)步的第一項，也是當(dāng)年最引人注目的國際新聞之一。

在培育多莉羊的過程中，科學(xué)家們采用體細(xì)胞克隆技術(shù)，這種技術(shù)也稱作體細(xì)胞核移植（somatic cell nuclear transfer， SCNT）。

SCNT是動物細(xì)胞工程技術(shù)的一種常用技術(shù)手段，涉及將供者體細(xì)胞核移入去核的卵母細(xì)胞中，使后者不經(jīng)過精子穿透等有性過程（即無性繁殖）就可被激活、分裂并發(fā)育為新的胚胎，這個胚胎最終發(fā)育為動物個體。

2、華人團(tuán)隊解決異種器官移植難題

近日，《科學(xué)》雜志在線刊登了一項重量級的研究。來自浙江大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、重慶第三軍醫(yī)大學(xué)、哈佛大學(xué)以及其他科研機(jī)構(gòu)與公司的團(tuán)隊使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)。

一舉解決了將豬器官移植到人體內(nèi)的關(guān)鍵難題。這項研究的通訊作者是2017全球青年領(lǐng)袖，80后科學(xué)家楊璐菡博士。

器官移植手術(shù)影響了全球數(shù)百萬人的生命。以美國為例，此時此刻，正在排隊等待器官移植的患者人數(shù)高達(dá)12萬。然而，每年能夠用于移植的器官數(shù)量非常有限，成功進(jìn)行的器官移植手術(shù)僅有3萬多例。據(jù)估計，在2016年，每天都有22名患者在等待器官移植的過程中死去。

3、核移植技術(shù)重編程能力比誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞技術(shù)更強(qiáng)

核移植（somatic cell nuclear transfer）和誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞（iPSCs）是體細(xì)胞重編程的兩種最主要的技術(shù)手段。核移植技術(shù)與誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞的重編程能力是否存在差異一直是人們非常關(guān)注的問題。

2009年，高紹榮實驗室通過四倍體互補(bǔ)實驗，獲得了全部由ips細(xì)胞發(fā)育而來的小鼠，證明了誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞和核移植胚胎干細(xì)胞一樣具有真正的多能性。但是，這是以健康個體來源的體細(xì)胞作為供體細(xì)胞的情況。未來的體細(xì)胞重編程應(yīng)用于臨床研究時，主要面向的是病人而非健康個體。

4、中國科學(xué)家建立單倍體體細(xì)胞遺傳篩選體系

單倍體細(xì)胞在遺傳篩選和轉(zhuǎn)基因動物培育中具有重要價值。前期研究獲得了哺乳動物的單倍體胚胎干細(xì)胞，但是單倍體胚胎干細(xì)胞在體外培養(yǎng)和分化過程中會發(fā)生自發(fā)二倍化，對建立單倍體體細(xì)胞遺傳篩選體系帶來挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院院士、中科院動物研究所研究員周琪研究組通過活細(xì)胞觀察，證實單倍體胚胎干細(xì)胞在分裂時發(fā)生有絲分裂滑移使細(xì)胞從中期直接進(jìn)入間期，從而導(dǎo)致二倍化。用調(diào)控分裂中期關(guān)鍵靶點的小分子抑制劑進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)CDK1和ROCK通路是調(diào)控單倍體胚胎干細(xì)胞二倍化的關(guān)鍵通路。

通過添加ROCK抑制劑，能將單倍體胚胎干細(xì)胞分化為三個胚層的單倍體體細(xì)胞，包括神經(jīng)干細(xì)胞（可進(jìn)一步分化為成熟神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞）、心肌細(xì)胞和胰島細(xì)胞。

5、機(jī)器人操作體細(xì)胞克隆豬誕生

經(jīng)過兩個多月漫長等待，一份特殊的“親子鑒定”報告近日出爐。13頭克隆小豬與“代孕”母親無血緣關(guān)系，僅與供體細(xì)胞存在“親子關(guān)系”。這從醫(yī)學(xué)上表明了世界首例機(jī)器人操作的體細(xì)胞克隆豬在天津誕生。

較之以往的“手工操作”克隆技術(shù)，此次機(jī)器人自動化“操刀”，用力更小，對細(xì)胞傷害更少，精度更高，體細(xì)胞克隆技術(shù)成功的關(guān)鍵指標(biāo)“囊胚率”也從10%提高至20%。

“機(jī)器人操作體細(xì)胞克隆豬”研究來自南開大學(xué)機(jī)器人所趙新教授領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊。體細(xì)胞克隆是改良生物品種的經(jīng)典方法之一。它將普通品種卵母細(xì)胞的細(xì)胞核去除后，注入優(yōu)良品種的體細(xì)胞，獲得的后代一定是優(yōu)良品種。

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