生物技术前沿一周纵览

2013-09-07 | 作者: | 标签: 生物技术前沿一周纵览

DNA纳米几何结构及其应用前景

来自麦吉尔大学的研究人员,利用短DNA链在非共价键作用下,构建DNA立方体,并通过类脂质分子修改这些DNA结构。这些脂类像胶水一样将片段粘合在一起,DNA立方体内就能首尾相连,构建成一种能容纳药物分子的空间。这种立体结构,可用于封装小分子药物,并在特定核酸序列的存在下,释放药物。许多病变的细胞,都会有某些基因的过度表达,利用DNA立方体可以运输药物到病变环境中,然后在特定基因刺激下释放出来,发挥作用。这项研究将有助于生物纳米结构在药物递送方面的应用,也将为设计以DNA为基础的纳米材料开辟新的道路。(Nature Chemistry)

时差反应相关基因及其调解途径解读

为什么经过长途旅行后会出现时差反应?哺乳动物的生物钟由大脑中的视交叉上核控制,眼睛会根据周围光线的变化来感觉时间,将这一信息传递给视交叉上核,由其调整生物钟以使其与当地时间同步。但至今为止,对于光线是如何影响视交叉上核的行为,科学家一直在寻找其背后的分子机制。研究人员通过对视交叉上核光调节核转录组的分析,发现与产生时差相关的基因, 通过研究,他们发现了一个叫做SIK1的分子,并对其分子调解途径进行了深入分析,这个分子能够根据光线变化通过一系列分子互作调整身体反应。当科学家关闭了SIK1的活性后,小鼠在黑夜和白天切换中身体恢复更快了,调节能力更强。这一研究成果的发现,为生物钟紊乱相关疾病的治疗提供新的途径。(Cell)


人类基因组的拆分


许多研究表明人类基因组中不同类型的突变有所不同,但对生物体内特定突变率的准确阐述比较困难。科研人员在分析几个突变类型的同时,关注他们在基因组特定区域的变化,他们利用一种叫做秘密 Markov 模型(HMMs)的统计学技术侧重分析了插入、缺失、核苷酸置换和单核苷酸微卫星重复变异,搜索了具有相似突变率的邻近基因组片段,将它们归为一类,由此揭示了 6 个不同的遗传差异区域。HMMs鉴别的 6 个区域可以揭示整个基因组大部分的突变率差异。靠近染色体的两端处突变发生更为迅速,而在中部突变率降低。更重要的是,研究人员发现一些突变事件相比于另一些变化更为迅速。研究小组还将这些突变类型与基因组特征中一些参数联系起来。这些研究可以改善对疾病相关基因变异的筛查,还可用于鉴别定位在基因之外的功能区域从而更深入地了解基因组。 (PNAS)

肺结核起源与进化

17世纪至18世纪的西方,人类死亡原因的20%是由于肺结核引起的。目前,在发展中国家,该病仍然是致死的一个重要疾病。与其他疾病相比,学术界一致认为结核病起源于新石器时代。但最近有研究结果表明,它似乎起源更早,研究人员分析了259株结核分支杆菌的基因组,通过基因组测序及遗传学分析,建立了病原体进化史。研究表明,结核分枝杆菌复合群大概出现于7万年前,在新石器时代,随着人类在非洲的迁移及人口密度的增加,致病力和传播能力逐步增强,在与人类共进化的过程中体现出适应性。随着人口流动性的增强以及人口密度的增加,更有利于结核病的传播,对结核病的预防及治疗提出了更严峻的挑战。(Nature Genetics)


基因组工程学里的三大利器 ——ZFN、TALEN和CRISPR/Cas

近十年来出现了一种新的研究手段,可以帮助科研人员对各种细胞和各种生物体内的几乎任意基因进行人工操作。这种新技术就是我们常说的“基因组编辑技术”。这些技术能够以极高的效率、极高的精确度对基因组进行人工修饰,其机制就是先对DNA双链分子进行切割,形成DNA双链断裂切口,然后激活细胞内的非同源末端连接修复机制,或者同源重组修复机制,利用细胞自身的修复机制对DNA进行遗传学修饰。其中比较有代表性的就是依赖于锌指核酸酶(ZFN)、转录激活因子样效应因子核酸酶(TALEN),以及RNA介导的、基于成簇的规律间隔的短回文重复序列和 Cas蛋白的DNA核酸内切酶(CRISPR/Cas系统)的基因组编辑技术。这些技术都有各自的特点,并且逐步完善并趋于成熟,有些已成功应用于动植物细胞。它们能够极大地提高我们研究基因组、改造基因组的能力,将在医疗、农业、生物医药、生物能源等领域发挥更大的作用。(Trends in Biotechnology)

科学家发现抗小麦秆锈病基因

不断蔓延的小麦秆锈病疫情,使得非洲、中东和世界许多地区的农作物面临威胁。近日,科学家终于找到了两种可以抵御这种真菌性小麦病害的基因。两种名为Sr35和Sr33的小麦基因似乎能够参与免疫系统的运作,抵御凶猛的致病真菌,产生抗病效果。
早在上世纪50年代,全球就暴发了一次大规模小麦秆锈病疫情,由于新型小麦抗病品种的出现,疫情于20年后消失。不过,十年之后疫情再次席卷而来,Ug99新型秆锈病在乌干达现身,导致大片小麦死亡。此后,这—病害又出现在肯尼亚、埃塞俄比亚、苏丹、也门和伊朗。不过到目前为止,科研人员仍不清楚究竟是什么类型的基因使这一小麦品种产生了针对Ug99的抗病性。但他们觉得,通过融合不同抗病基因来产生持久抵抗力,是最常采用的小麦基因布局方法,把Sr33与Sr35结合到同一小麦基因组中的方法“颇具吸引力”。通过生物技术,科学家有望研究出控制这一重大病害的更具持久性的方法。(来自中国科学报)

基因组测序决定葡萄酒香

近期一组科学小组完成了被称为“最健康的红葡萄酒”的来源:Tannat(塔那)葡萄的基因组测序,Tannat(塔那)属红葡萄品种,是酿制马迪朗葡萄酒的主要原料。研究人员发现,这种葡萄中富含的单宁来自其果实种子中,单宁是一种具有抗氧化能力的化合物,能用于对抗老化的细胞。Tannat葡萄酒中的的单宁含量是赤霞珠,梅洛或黑皮诺葡萄的两倍,完成这种葡萄的基因组测序将有助于葡萄酒行业的蓬勃发展。 目前这一组研究人员正在解析与这种葡萄相关的土壤生长条件,矿物质,太阳,温度,气候,海拔和其他环境因素,对Tannat基因表达,以及对酒香和葡萄色泽的影响。如果我们能通过生物技术因素,决定葡萄酒的香气和颜色,那么就能创造出更加赏心悦目且有价值的产品。 (来自生物通)

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