2020年诺贝尔化学奖的再思考——归属争议与原创表彰

2020年诺贝尔化学奖授予两位女性科学家——埃马纽埃尔.卡彭蒂耶和詹妮弗.杜德纳。回顾CRISPR-Cas9技术的发展史,她们完整地说明了该技术的原理、作用,并研发了CRISPR-Cas9基因编辑技术,符合诺贝尔奖奖励原创的要求,是争议最小的获奖者人选。专利和诺贝尔奖在维护发明者权益、促进科学的发展上都具有重要的作用,且不能仅以其中一项的结果判断另一项的归属,目前的归属差异不影响非商业应用的学术研究,并客观上推动了原创研究的产出。进一步思考原创的概念,明确基础科学的定位,加强对创新人才的鼓励和支持,注重诺贝尔奖颁奖历史的梳理,也是本次诺贝尔奖给予我们的启示。     

应用农杆菌Ti质粒系统将外源基因转入籼稻细胞研究

本文证明经复合酚类化合物预处理的菌株与籼稻培养细胞在普通培养液。特别是在复合诱导培养液(培养过番茄下胚轴切段、胡萝卜细胞及农杆菌的培养滤液)中共培养时,均可发现有较多的细菌附着于水稻细胞表面,并且菌体周围有纤维丝的形成。在复合处理组中,位于pGV3850::1103neo嵌合质粒T-DNA上的NPT Ⅱ基因及NOS基因在籼稻培养细胞中获得了转移与表达。Southern blot分析证明了外源基因整合到受体细胞的基因组中。     

水稻腊质基因分子特性的研究

水稻腊质基因(Wx)负责胚乳与花粉粒中直链淀粉的合成。我们通过对限制图和DNA顺序有重叠的两个基因组克隆的分析,测定出了水稻Wx基因全长为5499bp的DNA顺序。比较水稻、玉米(Klsgen等)和大麦(Rohde等)中Wx基因的DNA顺序,弄清水稻Wx基因中存在13个内含子和14个外显子,通过微机对外显子顺序的翻译,得出了水稻Wx蛋白包括转运肽在内的609个氨基酸的排列顺序,并计算出它的分子量约为72kD。经比较,水稻Wx成熟蛋白的氨基酸顺序与玉米、大麦的没有明显地差异。但是,水稻Wx基因5′-上游区、3′-下游区和内含子区域的DNA顺序,以及Wx前体蛋白的转运肽区域的氨基酸顺序与玉米和大麦Wx基因的相应区域相比,它们之间的同源性却很低。     

苏云金芽孢杆菌杀虫基因导入中国栽培水稻品种中花11号获得转基因植株

在水稻的遗传转化中,迄今尚未见到将优良性状基因导入生产推广品种并获得转基因植株的报道。我们首次将B.t.杀虫基因导入到生产推广品种中花11号中,并建立了一套转导外源DNA的有效方法。应用剪掉内颖,同时去掉柱头保留完整外颖的方法可使种子结实率提高到50％。遗传转化植株经分子杂交实验室证实,B.t.杀虫基因已整合到水稻基因组中,得到了转杀虫基因水稻工程植株。用Jefferson的组织化学法测定转基因植株的β-glucuronidase的活性,与B.t.杀虫基因形成翻译融合的GUS基因得到了表达,这为B.t.杀虫基因在转基因水稻植株中的表达提供了证据。     

含氟高分子基因载体

阳离子高分子被广泛应用为非病毒类基因载体,但这类高分子材料的转染效率与细胞毒性之间通常存在"恶性"关联,即获得高转染效率时往往会伴随严重的细胞毒性.如何制备兼具高效、低毒特点的高分子载体是成功实施基因治疗的关键.含氟高分子是一类具有独特理化性质的高分子,能够在低电荷密度条件下与核酸形成稳定的复合物,从而实现高效、低毒的基因转染.含氟功能基团可帮助阳离子高分子改善复合物稳定性、细胞内吞、内涵体逃逸、胞内核酸释放等多个环节,从而赋予了含氟高分子在基因递送过程中的氟效应.该专论系统地总结了含氟高分子基因载体的研究,介绍了含氟高分子的基因递送性能、作用机理以及在基因治疗、基因编辑中的应用,并对含氟高分子载体的未来发展进行了展望.     

人凝血因子Ⅸ在家兔体内的持续表达

本文报道用构建有人凝血因子Ⅸ cDNA的重组质粒(pCMV Ⅸ)或重组反转录病毒(XLⅨ和N2CMVⅨ)转染家兔原代培养的皮肤成纤维细胞(RSF),经过选择后将转有人Ⅸ因子cDNA的细胞包埋于胶原基质,然后进行自体或同种异体移植。腹腔移植有RSF-XLⅨ转化细胞的家兔血浆中人Ⅸ因子表达水平可达100ng/ml,表达持续5个半月;腹腔移植有RSF-pCMVⅨ细胞的家兔血浆中人Ⅸ因子水平可高达2.95ng/ml,表达至今已超过10个月,而且仍在继续检测中。在移植方法上,我们做了进一步改进,将收缩后的细胞胶原块移植改为细胞胶原液注射,使移植方法更简便有效,无需进行手术,用此法皮下移植有RSF-N2CMVⅨ转化细胞的家兔血浆中,人Ⅸ因子表达水平可高达480ng/ml,表达至今已有3个多月,其持续表达的趋势仍很乐观,为基因治疗的临床试验提供了一条更加切实可行的技术路线。     

活性氧响应的新型阳离子共聚物构建及其基因递送性能研究

引入快速、主动释放基因的机制是提升非病毒基因递送效率的关键. 本研究以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)与(2-丙烯酰基)乙基(硼酸苄基)二乙基溴化铵(BD)为单体, 基于可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应制备具有活性氧响应性质的聚阳离子嵌段共聚物pM-pBD. 通过静电作用, 阳离子共聚物pM-pBD能够与带负电荷的DNA以分子自组装的方式形成纳米复合物. 其中, 阳离子pBD片段具有活性氧触发电荷反转的特性, 因此, 有助于获得活性氧触发的静电组装复合体结构解离, 从而实现可控基因释放的功能. 理化表征结果表明, pM-pBD与质粒DNA静电复合后能够形成粒径约为99.1 nm, ζ电位约为+13.8 mV, 显微形貌近似球形的纳米复合物. 在加入促过氧化氢产生的抗坏血酸后, 上述pM-pBD基因递送系统的转染效率得到了显著的提升. 因此, 本研究创制的pM-pBD为基因递送系统的可控释放提供了新的解决方案.     

聚苯丙氨酸修饰低分子量聚乙烯亚胺制备高效基因载体

分别制备了以支化小分子量聚乙烯亚胺(PEI-1.8k)为引发剂,引发苯丙氨酸-NCA开环聚合得到聚乙烯亚胺-聚苯丙氨酸(PEI1.8k-g-PPhe)以及聚乙烯亚胺接枝苯丙氨酸单体(PEI1.8k-g-Phe)的系列基因载体材料.利用核磁、粒度、zeta电位仪、荧光光度计、流式细胞仪以及激光共聚焦显微镜对PEI1.8k-g-PPhe,PEI1.8k-g-Phe以及PEI1.8k-g-PPhe/DNA和PEI1.8k-g-Phe/DNA复合物颗粒进行了系统的表征.研究结果表明,最佳转染条件下,PEI1.8k-g-PPhe10/DNA复合物颗粒的粒径约为150 nm,表面电位约为16 m V.在人源宫颈癌(He La)和人源乳腺癌(MCF-7)2种细胞系中均具有较高的基因转染效率,且最佳转染效率可达到PEI-25k的12倍.MTT细胞毒性实验分别比较了PEI1.8k-g-PPhe和PEI1.8k-g-Phe对He La细胞毒性的大小.从实验结果可见,苯丙氨酸引入的方式及数量决定着其细胞毒性的大小.PEI1.8k-g-PPhe和PEI1.8k-g-Phe都具有较低的细胞毒性(材料在较高浓度1 mg/m L时的细胞存活率大于70%).内吞实验结果表明,PEI1.8k-g-PPhe由于接入了具有规则聚合链的聚苯丙氨酸,而易于被He La细胞内吞.PEI1.8k-g-PPhe10/DNA复合物颗粒相比于PEI-25k/DNA,PEI-1.8k/DNA和PEI1.8k-g-PPhe/DNA具有更高的细胞内吞效率.     

基于羧基化聚吡咯-氯化血红素和点触发链置换反应信号放大的电化学生物传感器检测转基因作物中CaMV35S序列

为适应快速增长的转基因生物(GMOs)安全评价与管理的需求,高效、可靠的转基因检测技术研究与应用的重要性日益凸显。该文采用一步法合成了羧基化聚吡咯(cPPy)与氯化血红素(Hemin)的纳米复合物(cPPy-hemin),并以其为信号标签合成了一种DNA双链结构功能化的纳米信标(DNA-cPPy-hemin)。利用cPPy-hemin增强的模拟酶催化活性,结合点触发链置换反应(TSDR)信号放大策略,制备了一种新型电化学基因传感器用于转基因成分的灵敏检测。通过信号探针(Ps)与模板链(Ts)、辅助链(As)结合形成DNA双链体结构中的-NH2功能化cPPy-hemin,制备Ts/As/Ps-cPPy-hemin双链DNA结构的纳米信标。在目标花椰菜花叶病毒35S启动子(CaMV35S)序列和燃料链(Fs)存在下,TSDR过程释放出的Ps-cPPy-hemin与固定在电化学沉积金纳米粒子修饰GCE表面上巯基化的DNA捕获探针(Cs)相结合,利用cPPy-hemin对H₂O₂的模拟酶催化产生的电信号,可实现对CaMV35S的定量检测。在最优条件下...     

基于小分子化学反应工具构建CRISPR-Cas9功能调控体系的研究进展

CRISPR技术是目前基因编辑领域的一大研究热点,已在疾病治疗、作物改良等领域得到广泛的应用,CRISPR-Cas9系统是其中研究最为深入的一种类型.如何降低Cas9/sgRNA复合物在细胞内作用的脱靶性是CRISPR-Cas9技术发展面临的主要挑战之一.利用光或活性小分子诱发的小分子化学反应工具构建CRISPRCas9功能调控体系,通过对sgRNA, Cas9或Cas9/sgRNA复合物的功能进行调控,可以在细胞乃至活体水平上一定程度实现对CRISPR-Cas9作用的时间或空间特异性的操纵,大大降低非特异性基因编辑作用发生的概率,同时小分子对原体系的干扰较小,因此小分子化学反应逐渐成为操纵CRISPR-Cas9体系的一种重要的研究工具.本文总结和介绍了小分子反应工具用于CRISPR-Cas9功能调控系统构建的主要研究进展,并对其未来的发展进行了展望.