分类： 技术方法

  • 单碱基编辑技术，魏文胜等发布LEAPER190715

    发展历史
    2016年4月，哈佛大学David Liu等报道了基于胞嘧啶脱氨酶与CRISPR/Cas9融合形成的单碱基编辑技术(base editor,BE)，BE技术将spCas9与胞嘧啶脱氨酶融合，在一定的突变窗KI内实现胞嘧啶(cytosine，C)到胸腺嘧啶(thymine，T)的单碱基转换。
    2017年11月，David Liu等建立了新的单碱基编辑系统(adenine base editor，ABE)，实现腺嘌呤(adenine，A)到鸟嘌呤(guanine，G)的精确转换。
    2019年6月28日，中科院广州生物院赖良学课题组利用BE3和A3A-BE3两种单碱基编辑工具，在细胞和胚胎层面，对基因组进行三基因单碱基编辑。该研究证明了单碱基编辑系统在细胞和胚胎水均可实现多基因或单基因多位点的高效碱基突变。
    2019年2月28日和6月10日，杨辉等分别在《科学》和《自然》上发表了“GOTI”技术，并用该技术发现近年来兴起的单碱基编辑技术有可能导致大量无法预测的脱靶，因而存在严重的安全风险。
    2019年7月11日，张锋等在CRISPR系统基础上开发出的一种新型RNA编辑工具（RESCUE），对RNA进行单碱基编辑。
    2019年7月15日，北大魏文胜课题组在Nature Biotechnology上发表了LEAPER的新型RNA 单碱基编辑技术，利用该技术研究者成功修复了来源于Hurler综合征病人的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷细胞。

    技术背景
    CRISPR/Cas9系统已广泛应用于原核及真核生物基因组DNA的精确改造，但其操作过程会出现非预期的碱基改变，也有可能产生脱靶切割。如何能在不引入双链断裂的情况下进行精确的基因修饰成为挑战。

    技术应用
    利用BE诱导产生终止密码子实现基因敲除要比同等条件利用下野生型Cas9进行基因敲除更加安全高效，可以作为优于Cas9的全基因组筛选体系。
    BE系统也为动植物的基因改造研究提供了新的高效工具。比如北大林硕研究组利用BE3及VQR—BE3均产生单个碱基替换的斑马鱼等
    BE系统在人类胚胎中进行精确基因编辑的研究。

    技术挑战
    1）BE系统可以容受一定的突变窗口，虽然不同位点突变效率有差别，但如果靶点窗口内的多个碱基都能被编辑，对于基因治疗来说仍存在一定风险。
    2）BE等单碱基编辑技术通过脱氨酶实现碱基直接转换，如何实现碱基的颠换还是一个挑战。
    3）BE是在cas9基础上融合序列，片段过长。

    参考阅读
    https://www.nature.com/articles/nature17946
    https://www.nature.com/articles/nature24644
    魏瑜等.遗传.2017.12,EJ，39(12)：1115–1121
    http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/7/428028.shtm
    http://www.cas.cn/syky/201903/t20190301_4680613.shtml
    http://www.cas.cn/syky/201906/t20190611_4694629.shtml
    https://www.nature.com/articles/s41586-019-1314-0

  • 李金星（MIT科技评论2019年度35岁以下科技创新35人）

    李金星，UCSD博士，图片来源澎湃网

    李金星，湖北黄冈人，本科毕业于华中科技大学电子工程专业，硕士毕业于复旦大学，美国加州大学圣地亚哥分校纳米工程学博士，目前在斯坦福大学担任博士后研究员。大学期间擅长200米跑。

    研究领域
    设计的外观类似火箭的微型机器人，可以在活体动物的肠道中运行，并在完成任务后自行降解。微纳机器人的出现有望革新人类未来的医疗方式。
    微纳机器人的直径在几微米左右，相当于头发丝直径的十分之一甚至更小。采用化学反应驱动法的镁球机器人，可以用于靶向递药，通过缓慢释放抗生素的方式治疗胃部金黄葡萄球菌的感染。
    李金星与合作者选取能与胃液反应、直径“仅为发丝十分之一”的镁球，在其上包覆一层可溶于胃酸的聚合物，并将抗生素混合其中，由此制成镁球机器人。动物实验中，他们在患有胃感染的小鼠胃部置入重两毫克、数量约为十万个的镁球机器人。进入胃部之后，镁与胃酸通过化学反应产生氢气泡，推动镁球机器人运动。由于镁球外层的聚合物具有疏水性，机器人更容易吸附在胃壁上。吸附之后，聚合物在胃壁上逐渐溶解，缓慢释放出混合在其中的抗生素来治疗感染。动物实验结果显示，“使用镁球机器人递送抗生素的消炎效率比直接服用抗生素高出六倍以上”。这类靶向递药机器人的药效更长，既可以增加治愈率，又可以降低药物的服用频率，帮助减少抗生素滥用现象。

    荣誉记录
    入选MIT科技评论2019年度（第19届）35岁以下科技创新35人榜单。

    参考阅读
    https://scholar.google.com/citations?user=Cd7lEf4AAAAJ&hl=en
    https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_3839166
    https://baogroup.stanford.edu/index.php/postdocs-current
    https://www.technologyreview.com/lists/innovators-under-35/2019/pioneer/jinxing-li/

  • GANs，新改进有望提高医学影像图片识别190702

    技术简介
    GANs（生成对抗网络，Generative adversarial networks），是换脸软件DeepFakes背后的算法，具有合成高逼真图像的能力，也是当前非常流行的一种深度学习算法。2019年7月2日，改进的GANs被吕贝克大学的研究者用于医学影像图片的分析中。

    技术挑战

    深度学习算法在图像模式匹配方面表现出色，可被应用于在CT扫描中检测不同类型的癌症，鉴别磁共振成像中的疾病、识别x射线的异常。但主要面临两大挑战。
    一是隐私问题，研究人员往往没有足够的测试数据，通过“生成对抗网络”合成更多与真实图像难以区分的医学图像，有效地增加所需数据的数量；另外一方面深度学习算法需要对高分辨率图像进行训练，才能产生最佳预测，然而合成这样的高分辨率图像，尤其是3D图像，需要大量的计算能力。这意味着这项应用对硬件要求颇高。这也是GANs在医学影像图片处理应用较少的原因。

    技术改进

    吕贝克大学的Hristina Uzunova等人分解了图像生成的过程分，先利用GAN生成低分辨率图像，然后在正确的分辨率下每次生成一小部分的细节图像，这种方法不仅生成了逼真的高分辨率2D和3D图像，乃至可以生成任意大小的图片，且无需支出额外费用，当然需要更多的GPU。

    相关阅读
    https://arxiv.org/abs/1907.01376
    https://www.technologyreview.com/f/613924/ai-deepfakes-gans-medical-cancer-diagnosis/