基因靶向改造技术的发展及其意义——解读2007年诺贝尔生理学或医学奖

瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会于2007年10月8日宣布将2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥.卡佩奇(MarioR.Capecchi)和奥利弗.史密西斯(OliverSmithies)、英国科学家马丁.埃文斯(MartinJ.Evans),以表彰他们在建立利用胚胎干细胞进行小鼠基因靶向改造的技术方面所作的贡献.目前基因靶向改造技术已经广泛应用于生物医学的各个领域,今后这一技术仍将对深入开展基因功能研究产生极大的促进作用,同时随着在疾病动物模型建立、基因治疗等领域的应用,它也必将为医学的发展和人类健康带来好处.     

基因靶向技术的炫目光芒2007年诺贝尔生理学或医学奖解读

三位英美科学家因在胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现,为"基因靶向"技术的发展奠定了基础,荣获2007年诺贝尔生理学或医学奖.基因靶向技术已广泛应用于基因功能研究,人类疾病动物模型的研制以及经济动物遗传物质的改良等方面,给现代生物学和医学研究带来了革命性的变化,并直接引发了现代生物学和医学研究各个领域中许多突破性的进展,成为后基因组时代研究基因功能最直接和最有效的方法之一.     

小鼠中的基因修饰——2007年度诺贝尔生理或医学奖介绍

2007年的诺贝尔生理或医学奖授予了Mario R．Capecchi、Martin J．Evans和Oliver Smithies三位科学家,以表彰他们在使用胚胎干细胞对小鼠的特定基因进行改造中的杰出贡献。他们的工作,使人们可以在哺乳动物的生殖细胞中进行特定的基因改造,并繁殖出成功表达这种基因的后代。他们发明的这项遗传实验技术,也就是现在常说的“基因敲除”技术,     

典型产纤维小体梭菌的遗传改造及其在纤维素乙醇中的应用研究进展简

以解纤维梭菌（ Clostridium cellulolyticum）和热纤梭菌（ Clostridium thermocellum）为代表的产纤维小体梭菌可以直接完成从木质纤维素原料到乙醇的生物转化,是用于通过整合生物加工技术生产纤维素乙醇的优良候选菌株。然而,这些产纤维小体梭菌的纤维素降解效率及乙醇产量尚不能满足工业化生产的要求,其遗传改造技术的不成熟严重制约了通过定向代谢工程改造提高生产性能的进程。针对这些典型的产纤维小体菌株,各国科学家近年来在基于二类内含子的嗜中温及嗜高温遗传改造平台建立方面取得了较大突破,并通过靶向代谢工程改造,显著提高纤维素乙醇的产量。笔者对这些前期研究工作以及国内外相关研究成果进行系统的总结,并对构建的遗传改造工具的应用前景进行展望。     

基于CRISPR-Cas9新型基因编辑技术研究

高效、特异的目标基因组位点修饰一直是基因工程研究的重点和挑战。靶向基因编辑技术不仅能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗诸多疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术的研究取得了重大进展,且逐渐成为基因编辑的主流工具,特别是规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR-Cas9)技术因其靶向编辑目的基因的特异性、高效性和设计的简便性等诸多优点,得到更为广泛的应用。在中国科学院干细胞先导专项的支持下,基因编辑技术攻关团队在进一步改造和应用CRISPR-Cas9技术方面取得了一系列成果,就此进行全方面的总结。     

2007年诺贝尔生理学或医学奖背景介绍——小鼠中的基因操作

1 引言 2007年诺贝尔生理学或医学奖被授予Mario R．Capecchi、Martin J．Evans和Oliver Smithies,以表彰他们在小鼠体内利用胚胎干细胞进行基因操作这一技术的发展过程中所做的基础性工作。他们的工作使人们可在哺乳动物细胞中改造特定的基因,并产生可携带和表达这些基因的后代。这套由Capecchi、Evans和Smithies等建立的,通常被称为基因敲除的技术,使得科学家可以确定特定基因在发育、生理和病理过程中的作用。该技术使生命科学发生了革命性变化,并在医学治疗的发展过程中起重要作用。     

全基因组蛋白质的标签细胞和小鼠资源库建设

小鼠是最广泛使用的模式生物,构建基因改造的小鼠模型是研究基因功能和疾病发生机制的重要手段.从20世纪80年代发展至今,小鼠基因改造技术更新迭代,主要包括胚胎干细胞介导的同源重组策略、配子介导的转基因策略、以及最新基于CRISPR/Cas9技术的遗传改造策略等.由我国科学家自主研发的全新小鼠基因改造技术——"人造精子细胞...     

从随机整合到靶向修饰的转基因动物技术

转基因动物技术产生30年来取得了迅速发展,先后建立了多种转基因方法,尤其是从外源基因的随机整合发展到定位整合,成为定向进行动物遗传改造的强大工具.介绍各种转基因动物技术的建立及目前发展的概况,以及从随机整合到靶向修饰的发展过程.     

鸡毒支原体通用型mini-Tn4001转座子的构建

为了实现以鸡毒支原体（MG）为载体携带和表达其他呼吸道病原保护性抗原,达到多种病原体共同保护的效果,本研究拟构建一套mini-Tn4001转座子（pMT4）.该微型转座子具备以下特征：含四环素抗性基因;两臂是转座酶识别的Inner和Outer插入重复区;转座酶位于插入区之外,在整合起始点处促进转座;多克隆位点便于插入外源基因.这一微型转座子载体的成功构建为MG非必需区缺失工作奠定了基础,对下一步MG功能基因的靶向缺失技术以及外源蛋白的表达建立了有效的基因操作工具.     

溶瘤病毒的免疫学机制及临床研究进展

溶瘤病毒（oncolytic virus,OVs）历经百年发展,应用于当前最具潜力的肿瘤免疫疗法。它主要是天然的或基因修饰的DNA病毒和RNA病毒。近年来随着基因工程技术的飞跃发展,经基因改造的溶瘤病毒在肿瘤治疗领域取得很大进展,很多不同类型的病毒（包括单纯疱疹病毒、腺病毒、痘病毒、麻疹病毒和呼肠孤病毒等）正处于临床前研究、临床试验阶段或已批准上市,显示了良好的安全性和临床疗效。普遍认为溶瘤病毒靶向杀伤肿瘤细胞是通过选择性在肿瘤细胞内自我复制,最终裂解肿瘤细胞,同时可激发机体的免疫应答反应,进而增强抗肿瘤免疫效果,靶向杀伤肿瘤细胞而对正常细胞无明显影响。运用基因重组技术将溶瘤病毒与免疫检查点相结合以及肿瘤免疫联合疗法的兴起和不断进步,使溶瘤病毒的应用更加广泛,但仍存在病毒靶向性、安全性、给药途径等瓶颈问题。本文综述了溶瘤病毒的发展史、病毒分类、不同类型溶瘤病毒产品的临床研究进展、溶瘤病毒靶向杀伤肿瘤的免疫学机制及未来发展面临的挑战与展望等。     

PEG修饰对PLL-EGF基因载体靶向结合作用的影响

聚阳离子基因载体系统由于安全性好和便于设计等优点,近年来在基因治疗中的应用发展迅速.在进行基因药物的体内靶向输送时,目前国际上主要通过在基因输送系统中修饰聚乙二醇(PEG)和靶向分子来提高体内输送的稳定性和靶向性.PEG的修饰可能会遮蔽靶向分子的功能呈现,因此建立定量分析方法评价PEG修饰对靶向结合作用的影响非常重要.将连接有表皮生长因子(EGF)的聚赖氨酸(PLL)基因载体作为研究模型,建立BIAcore检测方法,比较PLL-EGF,PEG7000修饰的PLL-EGF,PEG20000修饰的PLL-EGF对表皮生长因子受体(EGFR)的结合和解离速率,评价PEG修饰对PLL-EGF靶向功能呈现的影响.结果表明,PEG7000的修饰降低了EGF和EGFR之间的结合速率,提高了解离速率,整体减弱了靶向分子的靶向结合能力.PEG20000的修饰进一步减弱靶向分子功能的呈现.因此在进行靶向型聚阳离子基因输送系统设计时,考察PEG修饰对靶向结合能力的影响程度非常重要.该研究结果也对其他基因载体系统的设计提供必要的参考.     

向日葵转化技术

Pioneer Hi-Bred International Inc.(Des Moines,IA)的科学家已发展一种稳定的转化体系,可快速地将新型基因引入向日葵中.将技术与经典植物育种技术相结合后,即可在常规上开发含有新型基因的向日葵.首先考虑的是那些能改造油类及蛋白质量的基因以及能增强抗病性的基因.此外,该技术有可能经调整而改用于大豆类.大豆也是双子叶植物,很难从细胞培养中再生出来.     

一种适用于片段替换/插入突变扫描的克隆方法

功能序列的改造是基因工程的一项基础技术。序列改造往往涉及较大片段的插入或替换,为了获得更优化的改造序列,这种片段插入或替换经常需要以扫描方式进行。传统的酶切连接方式在这种情况下可能难以实现或者费时费力。建立了一种golden gate方法结合混合克隆和快速鉴定的策略（简称Gmix）,利用该策略,成功地将外源基因（Gaussia荧光素酶基因）以4种模式,扫描式插入或替换HBV复制质粒的指定区域。该方法成功率高,操作简便快速且成本较低,适合于其他DNA序列的类似改造工作。     

快速构建CRISPR/Cas9基因组靶向编辑系统

CRISPR/Cas9核酸酶作为一种新的基因组靶向编辑技术,已成功应用于多种动植物基因组修饰研究. CRISPR/Cas9作用后的阳性细胞筛选和富集是该技术的关键之一. 本研究以鸡EAV-HP（endogenous avian retrovirus-HP）基因和MSTN（myostatin）基因为例,从靶位点的选择、表达载体构建、双基因报告载体构建和核酸酶活性验证4个方面,系统研究了CRISPR/Cas9核酸酶技术平台. 结果表明,利用寡聚核苷酸直接退火方法,构建表达载体和报告载体的阳性率分别高达100%和89.5%. 报告载体的PuroR（puromycin resistant gene）和eGFP（enhanced green fluorescent protein）基因的成功表达表明,构建的CRISPR/Cas9系统能有效切割靶序列,并用于后续阳性克隆的筛选和富集. 本方法摒弃了传统分子克隆的PCR扩增和酶切处理目标基因的方法,而是利用寡聚核苷酸直接退火获得含有黏性末端的目标DNA,简化了载体构建过程,低成本且快速获得CRISPR/Cas9基因组靶向编辑系统.     

JAMA：科学家发现”长寿基因”

据国外媒体报道,美国叶史瓦大学阿尔伯特爱因斯坦医学院的科学家发现一种被称作胆固醇酯转运蛋白（CETP）基因的长寿基因。这种长寿基因可以帮助减缓记忆力减退和降低老年痴呆症发病率。科学家正在开发类似长寿基因效果的药物。此药物将有助于预防老年痴呆症。这项研究已经发表在1月13日出版的《美国医学协会期：FID）（JAMA）上。     

基因敲除小鼠技术的发展和应用——2007诺贝尔生理或医学奖介绍

人类对于自身基因功能的研究是生物学领域非常重要的一项内容.随着人类基因组计划的完成和人类基因信息的不断完善,基因功能的研究已成为近年来国际上的热点.基因敲除小鼠技术的建立和发展使得科学家们能够从分子、细胞及动物整体水平研究特定基因在生物发育、生理以及病理中的作用,对生命科学的发展具有革命性的意义,对临床疾病的认识和治疗也起到了关键的推动作用.这项技术的发明者因此获得了2007年诺贝尔生理或医学奖.     

携带白介素-18基因的人脐带间充质干细胞的构建及其意义

目的：构建携带白介素-18（IL-18）基因人脐带间充质干细胞（hUMSCs）,为肿瘤靶向性基因治疗研究提供一种工具。方法：体外分离培养hUMSCs,流式细胞仪（FACS）检测hUMSCs 的细胞免疫表型。应用基因重组技术将表达IL-18 基因的慢病毒转染至hUMSCs,利用RT-PCR 及Western blot 法检测IL-18 的蛋白mRNA表达水平。结果：成功在体外分离和培养了hUMSCs,流式细胞仪检测结果显示hUMSCs 表达CD29、CD44 和CD105,而不表达CD34 和CD45, 符合hUMSCs 的表型。成功构建携带IL-18 基因的hUMSCs,RT-PCR 及Western blot法检测结果提示IL-18基因转染至hUMSCs并能稳定表达。结论：构建携带IL-18基因的hUMSCs并稳定表达IL-18,为肿瘤靶向性基因治疗实验性研究提供了一种新实验工具。     

基因打靶技术在现代生物学研究中的应用

尽管基因打靶技术的先驱者2007年才获得诺贝尔生物学或医学奖,基因打靶技术在现代生物学研究中的应用却已经有25年的时间.基因打靶技术的发明和应用革命性地改变了现代生物医学研究的面貌,催生了许多生物医学和药物研发领域的前沿研究,并直接导致了生物医学研究领域中的许多突破性进展.基因打靶技术的发明使得科学家第一次能对关于特定基因生理功能的假设进行实验验证,并通过基因打靶研究真正建立基因和疾病间的因果关系.近年来,基因打靶技术在现代生物学研究中的应用日益深入和广泛.     

《酒精中毒：临床与实验研究》：人体酒精依赖同基因有关

美国弗吉尼亚大学医学部的研究人员发现,血清素的运输蛋白SLC6A4基因在影响酒精依赖者的饮酒强度方面起关键作用。这是科学家首次发现酒精依赖的强度同基因的联系,研究人员希望,在未来能够通过基因靶向疗法缓解嗜酒者依赖酒精的程度,相关论文发表在近期出版的《酒精中毒：临床与实验研究》（Alcoholism—Clinical and Experimental Research）杂志上。     

人工 microRNA 技术研究进展

RNA干扰（RNAi）是由双链RNA触发的在mRNA水平进行的特异靶序列的基因沉默现象,广泛存在于动物、植物和病毒中,主要包括小干扰RNA（siRNA）及微小RNA（miRNA）两种作用途径。人工miRNA（amiRNA）是将天然miRNA的成熟序列替换成人工设计的靶向其他感兴趣基因的反义序列,通过天然miRNA的生成和作用途径达到RNAi的效果,具有干扰效果明显、作用迅速、毒性低等优点,拥有广阔的应用前景。我们对基于amiRNA的基因沉默技术进行了较为系统的介绍和总结,梳理了该技术的优缺点和适用范围,并展望了其进一步发展的方向和应用前景。