2013年生命科學(xué)、生物技術(shù)研究動(dòng)態(tài)

趙貴英，張樹庸

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2013年生命科學(xué)、生物技術(shù)研究動(dòng)態(tài)

趙貴英，張樹庸

100050 北京，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所（趙貴英）；100012 北京實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心（張樹庸）

2013 年生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究不斷深入，由于篇幅有限，筆者僅就世界各國(guó)對(duì)熱門的腦科學(xué)研究、干細(xì)胞研究、基因組測(cè)序、基因研究和其他一些方面的研究進(jìn)行最簡(jiǎn)單的介紹，供讀者參考。

1 “腦科學(xué)研究”火熱興起

歐盟委員會(huì)表示，歐洲很多人患上與腦有關(guān)的疾病，為此一定要加強(qiáng)腦科學(xué)研究。另外，腦科學(xué)研究不但可以揭開大腦高智能、高效率、低耗能之謎，對(duì)人工智能、基因組學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、生物信息學(xué)、解剖學(xué)、行為科學(xué)、信息技術(shù)、納米技術(shù)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)都有重要的拉動(dòng)作用。此外，腦科學(xué)研究還會(huì)催生一系列新產(chǎn)品、新服務(wù)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。至此，歐盟委員會(huì)在 2013 年 1 月份宣布人腦工程入選歐盟“未來(lái)新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”并設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃，該項(xiàng)計(jì)劃將在未來(lái) 10 年內(nèi)分別撥 10 億歐元經(jīng)費(fèi)。揭示大腦奧秘，了解神經(jīng)疾病及藥物作用，用超級(jí)計(jì)算機(jī)建立最詳細(xì)的人類大腦模型。美國(guó)于 2013 年 4月份也公布了一項(xiàng)可同“人類基因組計(jì)劃”相提并論的“腦計(jì)劃”。探索人類大腦工作機(jī)制、繪制腦活動(dòng)全圖，試圖對(duì)無(wú)法治愈的大腦疾病開發(fā)出新的療法。日本也制定了“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃。發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了腦科學(xué)研究熱，各國(guó)都在搶占制高點(diǎn)。

另外，在神經(jīng)科學(xué)研究方面，科學(xué)家首次用鈣傳感染料在脊椎動(dòng)物（斑馬魚幼仔）大腦中得到神經(jīng)細(xì)胞放電的圖像。“透明（clarity）”及化學(xué)處理方法可使不透明的組織變得清晰，無(wú)需大腦切片就可以顯示神經(jīng)回路，大大推動(dòng)了繪制大腦構(gòu)造的進(jìn)展[1]。首張超高分辨率的 3D 人腦圖譜“大腦（BigBrain）”讓研究人員了解腦細(xì)胞之間的連接以及如何產(chǎn)生復(fù)雜的行為。使用光刺激老鼠大腦海馬體內(nèi)經(jīng)過基因修改的神經(jīng)細(xì)胞可以引入錯(cuò)誤的記憶，這表明，對(duì)神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行精確地控制為期不遠(yuǎn)。

研究人員通過老鼠研究發(fā)現(xiàn)，大腦有一個(gè)獨(dú)特的“垃圾處理系統(tǒng)”，睡眠時(shí)這個(gè)系統(tǒng)能夠高效清除代謝廢物，這一突破性的研究成果證明了睡眠是大腦自我“大掃除”，清除廢物的過程[2]。

2 干細(xì)胞研究蓬勃開展

我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了體細(xì)胞重編程技術(shù)的重大突破。2012 年，日本科學(xué)家山中伸彌因?qū)?4 個(gè)基因引入體細(xì)胞，體細(xì)胞變成了多功能干細(xì)胞（ips 細(xì)胞）而獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。2013 年，我國(guó)科學(xué)家完成了一種將體細(xì)胞變成 ips 細(xì)胞更簡(jiǎn)單的方法。他們僅用 4 個(gè)小分子化合物的組合對(duì)體細(xì)胞進(jìn)行處理，成功地用小分子化合物替代了3 個(gè)基因，僅使用 Oct4 這一個(gè)基因就完成了體細(xì)胞重編程，使之變成 ips 細(xì)胞。科學(xué)家表示，人類未來(lái)有可能通過使用小分子化合物直接在體內(nèi)改變細(xì)胞命運(yùn)。這樣，治療疾病所需要的細(xì)胞功能或許可直接通過小分子化合物來(lái)重塑。如果這一目標(biāo)能實(shí)現(xiàn)，許多疑難病的治療將會(huì)得到全新的解決，整個(gè)再生醫(yī)學(xué)將會(huì)發(fā)生革命性的變化。

美國(guó)科學(xué)家采用培育“多利羊”的核移植技術(shù)，從一個(gè)患有遺傳病的嬰兒身上提取了皮膚細(xì)胞，并和一個(gè)捐獻(xiàn)的卵子融合，采用化學(xué)和電擊法刺激卵子，卵子開始分裂形成了人類胚胎，從中提取了干細(xì)胞。科學(xué)家表示，這是一個(gè)技術(shù)上的突破進(jìn)展，目的不是要克隆人，是向培育用于疾病的替代組織邁出了重要的一步。因?yàn)楦杉?xì)胞可以制造身體的其他組織和器官，科學(xué)家們希望借助這一方法治療各種疑難病[3]。

科學(xué)家們 2013 年在體外用干細(xì)胞培育出與人類類似的“迷你（mini）”器官。如日美研究人員在實(shí)驗(yàn)室利用人類多功能干細(xì)胞構(gòu)建出了微小的肝芽；又如澳大利亞學(xué)者使用人體皮膚細(xì)胞制造出了一小塊功能性的“迷你腎臟”；奧地利科學(xué)家通過人體干細(xì)胞培育出了一個(gè)直徑僅有 4 mm 的微型大腦。這些迷你型的人類器官作為研究人類疾病的模型要比實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型好的多[4]。

2013 年干細(xì)胞研究不斷向臨床應(yīng)用研究推進(jìn)。例如，日本研究人員打算招募視網(wǎng)膜黃斑變性患者，將用多功能干細(xì)胞生成的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞注入眼內(nèi)來(lái)治療該病。11 月份，日本政府通過了一項(xiàng)再生醫(yī)學(xué)法案。加速支持 ips 細(xì)胞相關(guān)研究的治療。意大利政府也首次批準(zhǔn)了一項(xiàng)從前禁止和未經(jīng)證實(shí)的治療絕癥患者的療法（通過注射從骨髓中提取的干細(xì)胞），并向一項(xiàng)臨床試驗(yàn)提供了資金。

美國(guó)科學(xué)家用遺傳性心臟病患者的皮膚細(xì)胞培育出了心臟細(xì)胞，并在實(shí)驗(yàn)中誘導(dǎo)出心臟模型，出現(xiàn)了心臟病發(fā)作時(shí)的主要特征，這將有助于更好地研究心臟病，開辟新的治療方法。

美國(guó)科學(xué)家成功地將人體干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成功能性的肺細(xì)胞和呼吸道細(xì)胞。這將幫助科學(xué)家們研究肺部發(fā)育，構(gòu)建肺病模型，篩選藥物并最終制造出可供移植的肺部器官。

3 基因組測(cè)序

美國(guó)科學(xué)家開發(fā)出一種改良基因組組裝工藝流程，生成的讀取片段達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)核苷酸長(zhǎng)度，最終的組裝序列準(zhǔn)確率大于 99.999%。以往的桑格測(cè)序法只有 700 個(gè)核苷酸。新工藝大大提高了測(cè)序組裝和分析的成本效益，科學(xué)家表示，當(dāng)今新一代基因測(cè)序技術(shù)迅猛發(fā)展，致使一周就可以測(cè)大約 30 人次的人類基因組重復(fù)序列，而且每人次的價(jià)格已經(jīng)下降到 5000 ~ 6000 美元。以前測(cè)序都集中在單個(gè)基因，而現(xiàn)在能考慮到整體的影響。因?yàn)閱为?dú)靠調(diào)整一兩個(gè)基因很可能不起效果，只有打破單個(gè)因素對(duì)疾病影響的局限，才能對(duì)疾病的治療產(chǎn)生突破。

我國(guó)科學(xué)家完成了卵細(xì)胞的高精度全基因組測(cè)序。這一方法能夠幫助醫(yī)生診斷出來(lái)自母親卵子或父親精子的遺傳病。另外，采用極體單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù)可以提高體外受精的成活率，特別是對(duì)高齡以及反復(fù)流產(chǎn)的婦女。

美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院宣布，將在未來(lái) 5 年總共投入 2500 萬(wàn)美元，用于資助研究為新生兒進(jìn)行基因組測(cè)序的前景與倫理問題，使基因組測(cè)序技術(shù)向大規(guī)模應(yīng)用邁出重要一步。加利福尼亞大學(xué)舊金山分校及北卡羅來(lái)納大學(xué)的兩個(gè)研究組則針對(duì)新生兒的“外顯子組”測(cè)序展開研究，以確認(rèn)該技術(shù)能否與現(xiàn)有新生兒篩查方法結(jié)合使用，外顯子組是指基因組中蛋白質(zhì)編碼區(qū)域，僅占人類整個(gè)基因組序列的百分之一。目前，美國(guó)已對(duì)新生兒進(jìn)行了幾十年的足跟血篩查，旨在早期診斷遺傳代謝疾病，但這種篩查僅能診斷幾十種疾病，而現(xiàn)在已明確與單個(gè)基因缺陷有關(guān)的疾病約有 7000 種。基因組測(cè)序成本快速下降，使其推廣應(yīng)用成為可能。目前，個(gè)人全基因組測(cè)序成本約為 5000 美元，而全部外顯子組測(cè)序只需 1000 美元。

美國(guó)科學(xué)家采用能從單個(gè)細(xì)胞中捕獲基因組的自動(dòng)化技術(shù)，從一家醫(yī)院的下水管生物膜上收集了 TM6 細(xì)菌，使用 DNA 拼接法成功重建了該細(xì)菌的基因組，進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果表明，這種細(xì)菌無(wú)法制造氨基酸，可能需要寄居在生物膜中或者單細(xì)胞微生物內(nèi)部。目前，還不知道 TM6 細(xì)菌是否對(duì)人體有害，該研究成果有助于培養(yǎng)和研究類似微生物，從而進(jìn)一步了解它們的生態(tài)特征和功能。研究報(bào)告發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院報(bào)》上。

科學(xué)家表示，通過基因組分析表明，現(xiàn)代人、尼安德特人、丹尼索瓦人以及一種未知的來(lái)自亞洲的人類祖先曾相互雜交。DNA 分析持續(xù)揭示了與人類有關(guān)的線索。2013 年11 月，科學(xué)家們?cè)跂|西伯利亞貝加爾湖畔發(fā)現(xiàn)了一具死于 2.4 萬(wàn)年前的小男孩的尸體，其 DNA 與西歐人一致，且跟當(dāng)代印第安人的吻合比例約 25%，這表明，美洲印第安人有歐洲血統(tǒng)。

美國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了微生物“暗物質(zhì)”研究，他們用單細(xì)胞 DNA 測(cè)序技術(shù)對(duì)多種微生物的基因組進(jìn)行測(cè)序后發(fā)現(xiàn)，微生物遠(yuǎn)比我們知道的要豐富多樣，研究同時(shí)揭示了不同物種間令人驚奇的關(guān)聯(lián)。

4 基因研究

研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌具備一種有高度適應(yīng)性的免疫系統(tǒng)，使它們能發(fā)現(xiàn)并擊退噬菌體的多次進(jìn)攻。細(xì)菌用這一策略探測(cè)并剪切外來(lái)的 DNA。剪切外來(lái) DNA 的酶Cas9 會(huì)在一個(gè) RNA 引導(dǎo)序列的幫助下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。據(jù)此，科學(xué)家發(fā)明了 CRISPR 技術(shù)，對(duì)基因進(jìn)行剪切，形成一套基因編輯系統(tǒng)。或許將來(lái)治病可以選擇“基因手術(shù)”。使用 CRISPR基因技術(shù)將有害的變異基因切除，植入健康的 DNA 來(lái)治病。2013 年 CRISPR 技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。已超過12 個(gè)研究團(tuán)隊(duì)用它來(lái)操控多個(gè)植物、動(dòng)物和人類細(xì)胞的基因組[5]。2013 年 11 月美國(guó)計(jì)算生物學(xué)家報(bào)告稱，通過 DNA 數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，與公開信息進(jìn)行交叉比對(duì)，不需要這些人的 DNA 樣本，就可以確定貢獻(xiàn) DNA 樣本者的身份，這一發(fā)現(xiàn)震驚了科學(xué)界。

加拿大和德國(guó)科學(xué)家共同在德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》國(guó)際版上發(fā)表文章，經(jīng)過 50 多年的研究證明 RNA 也是雙螺旋結(jié)構(gòu)。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)生物納米材料和超分子化學(xué)的研究具有十分重要的作用。核酸具有驚人的自我識(shí)別特性，將其作為基礎(chǔ)材料或可構(gòu)建出生物納米機(jī)械——利用合成生物學(xué)制成的納米級(jí)器件。生物納米機(jī)械的優(yōu)勢(shì)在于體積非常小、生產(chǎn)成本低、便于修改。許多生物納米機(jī)械已經(jīng)影響到我們的日常生活，如酶、傳感器、生物材料和醫(yī)學(xué)防治（如艾滋病的治療、幫助組織再生等方面）。

澳大利亞科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了一種基因 Mc1-1，它對(duì)于維系抗體生成細(xì)胞的存活十分關(guān)鍵。抗體生成細(xì)胞也被稱為漿細(xì)胞，存在于骨髓中，可使抗體為人體提供長(zhǎng)期的抗病毒和抗細(xì)菌防護(hù)。漿細(xì)胞會(huì)在接種疫苗或是感染后產(chǎn)生。漿細(xì)胞依賴于 Mc1-1 基因生存，如果沒有基因 Mc1-1，它們將在 2 天內(nèi)死亡。漿細(xì)胞對(duì)于免疫至關(guān)重要，它需要受到 Mc1-1 基因的嚴(yán)格控制，當(dāng)失控時(shí)就會(huì)持續(xù)制造抗體，抗體多了，它們將攻擊和破壞人體自有的組織，這一發(fā)現(xiàn)有助于開創(chuàng)骨髓瘤和慢性免疫性失調(diào)等疾病的治療新方法。相關(guān)研究發(fā)表在 2013 年 2 月3 日出版的《自然·免疫學(xué)》雜志上。

德國(guó)科學(xué)家研究表明，衰老導(dǎo)致的心臟細(xì)胞減少和心臟功能減退是引發(fā)心血管疾病的重要原因，一個(gè)被稱為“miR-34a”的短 RNA 片段在這個(gè)過程中起重要作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，如果實(shí)驗(yàn)鼠由于遺傳因素缺少這種片段，由衰老引起的心臟細(xì)胞死亡數(shù)量會(huì)減少，且心臟病發(fā)作后的心臟機(jī)能恢復(fù)也快。原因是這種短 RNA 片段會(huì)抑制一種名為 PNUTS 的蛋白質(zhì)，而這種蛋白質(zhì)在保護(hù)心臟細(xì)胞免受損傷，減少程序性細(xì)胞死亡發(fā)揮著重要作用，這一成果有望為心血管疾病的防治開發(fā)出新的療法。該文發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上。

美國(guó)科學(xué)家通過降低單個(gè)基因的表達(dá)，讓一群小鼠的平均壽命延長(zhǎng) 20%。和人相比，相當(dāng)于延壽16 年。該研究小組的研究是針對(duì)一個(gè)名為 mToR 的基因，該基因參與物質(zhì)代謝和能量平衡。研究人員利用基因工程技術(shù)抑制小鼠體內(nèi) mToR 蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，使這些小鼠體內(nèi) mToR 蛋白質(zhì)水平僅為正常小鼠的25%，或者說小鼠中僅含有生存所需的最低量的 mToR。該基因工程小鼠除體型上略小，和普通小鼠相比并無(wú)差別。在迷宮和平衡能力測(cè)試中，基因工程小鼠優(yōu)于普通小鼠，它們比普通小鼠有更好的記憶力和平衡能力，在肌肉力量上也優(yōu)于普通小鼠。專家表示，此項(xiàng)成果可能有助于阿爾茨海默癥等與老齡化相關(guān)疾病的治療。

美國(guó)懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所的Richard Young 是人類胚胎干細(xì)胞調(diào)節(jié)通路的先驅(qū)，也是世界知名的基因組研究專家。2013 年 4 月，Richard Young 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)大的調(diào)控因子控制了小鼠和人類細(xì)胞狀態(tài)和特性，并將它們命名為“超級(jí)增強(qiáng)子”，研究人員發(fā)現(xiàn)只有數(shù)百個(gè)的超級(jí)增強(qiáng)子控制了賦予每個(gè)細(xì)胞特性和功能的大多數(shù)關(guān)鍵基因，并且在發(fā)育過程中這些超級(jí)增強(qiáng)子會(huì)特別迅速地發(fā)生改變，使細(xì)胞的身份發(fā)生變化。研究人員表示，這些超級(jí)增強(qiáng)子能夠?qū)Υ罅康娜祟惣?xì)胞類型起作用，并富集在與廣泛疾病密切相關(guān)的基因組突變區(qū)，這表明它們有可能在疾病診斷和治療中起作用。研究報(bào)告發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上[6]。

科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室造出人工基因調(diào)控系統(tǒng)。人體細(xì)胞大約含有 2 萬(wàn)個(gè)基因，會(huì)產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)，很多基因也會(huì)影響到其他基因的活動(dòng)。如能理解這些基因之間的相互作用，就能從整體上提高生物醫(yī)學(xué)的研究水平。但在天然系統(tǒng)中，基因之間的相互作用極其復(fù)雜。美國(guó)杜克大學(xué)研究人員模仿人體細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的基因調(diào)控過程，在實(shí)驗(yàn)室制造出一種人工系統(tǒng)，能再現(xiàn)多種蛋白質(zhì)是怎樣相互作用打開一個(gè)基因的，這種新系統(tǒng)能幫助那些基礎(chǔ)研究人員，作為他們檢查基因“打開”或“關(guān)閉”效果的一種工具，并為開發(fā)新的基因療法，促進(jìn)合成生物學(xué)的研究發(fā)揮重要作用，相關(guān)研究論文發(fā)表在英國(guó)《自然·方法學(xué)》雜志上。

美國(guó)研究人員最新研究表明，人類基因組中的“垃圾 DNA”可能決定著人的相貌。所謂“垃圾 DNA”是指人類基因組中曾被認(rèn)為毫無(wú)用處的部分，在基因組中所占比例高達(dá) 98%。研究發(fā)現(xiàn)“垃圾 DNA”中有一些序列片段，可以像開關(guān)或放大器一樣影響著臉部基因的作用。眼睛的大小、鼻子的挺拔、頭顱的形狀等可能與這些被稱為“增強(qiáng)子”的序列片段有關(guān)系。人類基因組中可能有成千上萬(wàn)個(gè)增強(qiáng)子，它們?cè)谀撤N程度上影響著臉型。為驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員培育了缺少 3 個(gè)已知增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)基因小鼠，接著用計(jì)算機(jī)斷層成像來(lái)獲取這些小鼠 8 周時(shí)的頭顱三維圖像。結(jié)果與所預(yù)料的一樣，轉(zhuǎn)基因小鼠的頭顱比普通小鼠的頭顱要長(zhǎng)或短些，或顯得更窄或更寬些。研究論文發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。

美國(guó)華盛頓大學(xué)和萊斯大學(xué)研究人員合作開發(fā)出一種熒光 DNA 探測(cè)分子，能檢查出一段目標(biāo) DNA鏈中單個(gè)堿基的變化，而這些微小的變化可能是造成某些疾病的根源。不同的 DNA 序列為不同生物設(shè)定了獨(dú)特的基因標(biāo)記。這種探測(cè)分子經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，把含有兩種序列的分子在鹽水試管中混合，如果兩條鏈的堿基都是完好的，它們自然地匹配在一起，探測(cè)分子會(huì)發(fā)生熒光，如果不發(fā)光，則意味著上面的堿基對(duì)發(fā)生了突變。現(xiàn)代基因組學(xué)研究表明，僅一個(gè)堿基對(duì)的變化就足以引起嚴(yán)重的生物后果，可能決定了一種疾病能否被治愈，也解釋了疾病的突發(fā)或某些疾病對(duì)常規(guī)抗生素治療無(wú)效的原因。例如引發(fā)肺結(jié)核的細(xì)菌有很強(qiáng)的耐藥性，通常是由于基因序列中的少量突變。這一科研成果有助于診斷和治療像癌癥、肺結(jié)核這類的疾病。相關(guān)論文發(fā)表在 2013 年 7 月 28 日英國(guó)出版的《自然·化學(xué)》雜志網(wǎng)站上。

美國(guó)耶魯大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家合作，為一種細(xì)菌重新編寫了完整的基因組編碼，并提高了抗病毒的能力。研究人員的基本構(gòu)想是改變生物學(xué)的基本規(guī)則，探索能否替換自然生物的某些密碼子或整個(gè)基因組字母，然后再引入全新字母創(chuàng)造出自然界沒有的氨基酸。具體實(shí)驗(yàn)，研究人員替換了大腸桿菌的一個(gè)密碼子，刪除了其本身固有的停止標(biāo)記，該停止標(biāo)記可終止蛋白質(zhì)合成。他們將停止密碼子進(jìn)行了修改，使之編碼了一種新型氨基酸，并將之插入到基因組中。新基因組能產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)，限制病毒感染細(xì)胞，從而讓細(xì)菌擁有了抵抗病毒的感染能力。科學(xué)家表示，本研究標(biāo)志著人們首次改變一個(gè)生物整個(gè)基因組的全部基因編碼。這將能以生物制造方式創(chuàng)造出新型生物，制造出“特異”的蛋白質(zhì)和高分子聚合物，而這些新型分子為新一代材料設(shè)計(jì)、納米結(jié)構(gòu)、疾病的治療以及藥物傳遞打下基礎(chǔ)。由于基因編碼是通用的，本研究也可為重新編碼其他生物的基因組帶來(lái)廣泛的前景，這將對(duì)生物技術(shù)帶來(lái)巨大影響，有可能開辟出全新的研究與應(yīng)用之路，提高人們改造自然的能力。相關(guān)論文刊登在 2013 年 10 月 18 日美國(guó)出版的《科學(xué)》雜志上[7]。

美國(guó)科研人員找到 60 個(gè)可作為“阿司匹林響應(yīng)標(biāo)記”的基因。阿司匹林作為一種稀釋血液的藥物，已廣泛應(yīng)用于心臟病和中風(fēng)患者，但是不一定對(duì)每個(gè)人都起作用。美國(guó)杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員找到了60 個(gè)可以作為“阿司匹林響應(yīng)標(biāo)記”的基因，并開發(fā)出血液的基因活性檢測(cè)，這不僅能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出阿司匹林對(duì)患者是否具有療效，還可以作為強(qiáng)大的預(yù)報(bào)器預(yù)測(cè)其心臟病發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)論文發(fā)表在 2013 年 7月 3 日《美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)雜志》網(wǎng)絡(luò)版上。

短的單鏈 DNA 分子也叫寡核苷酸，它們是研究人員的基本工具，在許多科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)今，基因和分子生物學(xué)研究開發(fā)領(lǐng)域取得很多新進(jìn)展，如生物基因組快速掃描技術(shù)必須依靠寡核苷酸，另外，DNA 納米技術(shù)以及開發(fā)由 DNA 片段組成的藥物都需要產(chǎn)生更純更廉價(jià)的寡核苷酸片段。而現(xiàn)有的人工合成的寡核苷酸片段，會(huì)隨著DNA 序列長(zhǎng)度的增加而加大錯(cuò)誤的復(fù)制數(shù)量。瑞典卡羅琳斯卡研究所和美國(guó)哈佛大學(xué)合作開發(fā)出一種制造寡核苷酸的新方法。制造寡核苷酸的生產(chǎn)過程是用生物生產(chǎn)，通過所用的細(xì)菌來(lái)復(fù)制 DNA 序列，以低成本大量地制造 DNA 副本。研究人員表示，已經(jīng)通過酶催化的生產(chǎn)方法造出一個(gè)系統(tǒng)，不僅能提高寡核苷酸制造的質(zhì)量，而且利用細(xì)菌廉價(jià)生產(chǎn)大量的 DNA 復(fù)制品，也使擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模成為可能。這將為生物技術(shù)快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

抑制一種基因或許使人吃不胖，日本研究人員發(fā)現(xiàn)一種名為“ARIA”的基因具有妨礙脂肪燃燒的功能。在實(shí)驗(yàn)鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，“ARIA”基因表達(dá)被抑制的實(shí)驗(yàn)鼠不變胖，它們與正常鼠一起連續(xù) 14 周喂食高脂肪食物，其皮下和內(nèi)臟脂肪的量也只有正常鼠的三分之一或二分之一。在喂食普通食物的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，兩組實(shí)驗(yàn)鼠的體重差別不大，但“ARIA”基因表達(dá)受抑制的實(shí)驗(yàn)鼠血糖上升受到抑制，研究人員認(rèn)為它們不易患糖尿病。如果能研發(fā)出抑制這種基因作用的新藥，就有可能開發(fā)出治療肥胖癥的新療法。

英國(guó)科學(xué)家在人體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)四螺旋結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家在過去數(shù)十年中已經(jīng)證明四螺旋 DNA 能夠在試管內(nèi)形成，但這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為無(wú)法在自然界中發(fā)現(xiàn)。英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)四螺旋 DNA 在人類活體細(xì)胞中也能形成。研究顯示，四螺旋結(jié)構(gòu)可能存在于某些特殊細(xì)胞中，或者說細(xì)胞處于某種紊亂的環(huán)境才會(huì)產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)的 DNA。確切地說，四螺旋結(jié)構(gòu)更可能出現(xiàn)在癌細(xì)胞等快速分裂的細(xì)胞中，該結(jié)構(gòu)或許是開發(fā)選擇抑制癌細(xì)胞增殖的新方法，在人體細(xì)胞中確認(rèn)它們的存在是一個(gè)里程碑事件。而利用這種結(jié)構(gòu)作為標(biāo)靶，可為未來(lái)癌癥個(gè)性化治療提供可能。相關(guān)論文發(fā)表在 2013 年 1 月的《自然·化學(xué)》雜志上。

加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員用 DNA 短鏈創(chuàng)建了 DNA“立方籠”，用于傳遞小分子藥物，當(dāng)受到特定刺激后將藥物釋放出來(lái)。這標(biāo)志著利用生物納米結(jié)構(gòu)將藥物輸送到患者的病患細(xì)胞上又邁進(jìn)了一步，同時(shí)也為設(shè)計(jì) DNA 為基礎(chǔ)的納米材料開辟了新的可能。專家表示，DNA 納米結(jié)構(gòu)在被用作體內(nèi)輸送藥物的合成材料上具有很多優(yōu)勢(shì)。DNA 結(jié)構(gòu)可以非常精確地被構(gòu)建，能生物降解，也能調(diào)整其大小、形狀和性能。許多病變細(xì)胞，如腫瘤細(xì)胞，會(huì)過度地表達(dá)某些基因，在未來(lái)的應(yīng)用中，DNA“立方籠”可攜帶藥物到達(dá)病變細(xì)胞的環(huán)境中，從而觸發(fā)藥物釋放。這將會(huì)減少藥物的毒副作用，研究人員目前正和有關(guān)醫(yī)院合作進(jìn)行細(xì)胞和動(dòng)物研究，以評(píng)估該方法對(duì)慢性淋巴細(xì)胞白血病和前列腺癌的適用性。研究報(bào)告發(fā)表在《自然·化學(xué)》雜志上。

5 其他方面的研究

法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大病毒，其長(zhǎng)度為 1 μm，其 DNA 共有 2500 個(gè)基因（大部分病毒只有 10 個(gè)基因左右），取名為“潘多拉病毒”。令人震驚的是巨病毒的基因序列與地球上的病毒相似度較低，似乎是另一類。科學(xué)家僅對(duì)其7% 的基因序列有所了解，剩下的 93% 完全陌生。科學(xué)家們認(rèn)為也可能是另一種生命形式的存在。該病毒的發(fā)現(xiàn)也顯示人類對(duì)地球上的微生物了解得還不全面。

2013 年科學(xué)家對(duì)數(shù)萬(wàn)億以人類身體為家的細(xì)菌所做的研究已弄清楚了這些微生物對(duì)我們有多大的影響。“個(gè)性化”藥物研究需要將這些寄生在體內(nèi)的微生物考慮在內(nèi)才有效[8]。

2013 年，中美科學(xué)家利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)對(duì)常見的兒童呼吸道病毒——呼吸道合胞病毒進(jìn)行操控，設(shè)計(jì)出一種免疫原——這是疫苗中的主要成分，該病毒每年會(huì)導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)兒童住院。這是首次依據(jù)結(jié)構(gòu)生物學(xué)設(shè)計(jì)出的如此強(qiáng)有力的對(duì)抗疾病的工具[9]。

綜上所述，可以看出2013 年世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都高度重視腦科學(xué)研究，出現(xiàn)腦科學(xué)研究熱，為阿爾茨海默癥、帕金森癥等無(wú)法治愈的神經(jīng)系統(tǒng)疾病快速發(fā)展研究邁出了重要步伐；基因組測(cè)序技術(shù)迅速前進(jìn)，預(yù)示著基因測(cè)序技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用已為期不遠(yuǎn)，將為疾病的“個(gè)體化”治療指明方向；用干細(xì)胞制造人體一些組織和器官，進(jìn)行器官移植治療各種疑難病將指日可待；細(xì)菌重編程研究工作的完成，標(biāo)志著人類能夠改變一個(gè)生物整個(gè)基因組的全部基因編碼，這將為生物合成、為人類開辟全新的研究與應(yīng)用之路，為人們改造自然打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 2013 Runners-Up. CLARITY makes it perfectly clear. Science, 2013, 342(6165):1434-1435.

[2] 2013 Runners-Up. To sleep, perchance to clean. Science, 2013, 342(6165):1440.

[3] 2013 Runners-Up. Human cloning at last. Science, 2013, 342(6165): 1436.

[4] 2013 Runners-Up. Dishing up mini-organs. Science, 2013, 342(6165): 1436-1437.

[5] 2013 Runners-Up. Genetic microsurgery for the masses. Science, 2013, 342(6165):1434-1435.

[6] Hnisz D, Abraham BJ, Lee TI, et al. Super-enhancers in the control of cell identity and disease. Cell, 2013, 55(4):934-947.

[7] Lajoie MJ, Rovner AJ, Goodman DB, et al. Genomically recoded organisms expand biological functions. Science, 2013, 342(6156): 357-360.

[8] 2013 Runners-Up. Your microbes, your health. Science, 2013, 342(6165):1440-1441.

[9] 2013 Runners-Up. In vaccine design, looks do matter. Science, 2013, 342(6165):1442-1443.

趙貴英，Email：guiying_zhao@163.com

2014-03-03

10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2014.03.016