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    铲子污垢。 未来的生物材料设施将站在这里,为全球制造业革命提供设计蛋白质。

    Spiber是日本生物材料公司,其背后的一切从疏水丝到户外服装,其规模迅速扩大。 该公司成立于2007年,与各个行业的公司建立了稳固的合作关系,如The North Face Japan,Bridgestone和Lexus,以提供基于蛋白质的生物材料。 现在,他们希望提高产量。

    泰国正式正在建设新的生产设施。 在Spiber获得了约4400万美元的投资后,该工厂的计划于2018年12月宣布。 这座规模庞大的新建筑每年将生产数百吨结构蛋白,其容量几乎是Spiber现有日本试验工厂的100倍。 Spiber引用了糖的易于获取的途径,这是推动其发酵过程的食物,这也是该地点背后的原因。 一旦完成(估计2021年),它有望成为世界上最大的结构蛋白发酵设施之一。 这里生产的蛋白质将被运回日本,Spiber的纺纱厂将在那里生产并测试工程丝纤维,硬树脂,复合材料,薄膜和凝胶等材料。

    Spiber正在提高其生产能力,因为全球对设计师生物材料的需求正在增长。合成生物学 - 特别是蛋白质 - 可以对材料的物理特性进行可调控制。可以调整,调整和更改蛋白质以更改材料的属性。通过改变氨基酸的组成,所得蛋白质材料可以是软的或硬的,柔性的或刚性的。

    但设计具有恰当性质的蛋白质聚合物并非如此简单 - 它需要大量的试验和错误,以及来自大自然的一点灵感。

    从DNA序列到编织线程

    这一切都始于一群科学家,蹲在冲绳的丛林檐下。天气炎热潮湿。他们的鞋子很泥泞,他们耐心地等待着他们的目标 - 一只难以捉摸的蜘蛛。

    “我们有一个物质狩猎团队,遍布日本寻找蜘蛛”David Lips说道。“他们会分析蜘蛛在不同生态环境中产生的丝绸的序列和机械特性。”这??些所谓的“蜘蛛猎人”很轻,移动,并准备采取行动,无论夜晚在哪里。嘴唇告诉我他们会等待,沉浸在黑暗中,直到他们的蜘蛛目标出现。

    Spiber的物质狩猎团队在日本各地开展工作,同时也为日本最大的研究机构RIKEN和庆祝大学的国际学术项目做出了贡献,该项目致力于与国际学术合作伙伴一起收集和分析全球丝绸。 Spiber全球企业规划负责人Daniel Meyer对该项目的说法如下:“遗传多样性是一种非常宝贵的资源,确保所有从事丝绸材料研究的科学家和工程师都能以公平的方式使用它。看到日本的学术机构和国际机构合作创建世界上第一个将蜘蛛丝遗传信息与材料特性联系起来的公共数据库,真是令人兴奋。“

    从这些蜘蛛中收集的数据非常有价值,因为它可以为正在进行的蛋白质设计提供信息。每种蜘蛛都会产生多达七种不同类型的丝,这是一种由重复的互锁结构域组成的分子聚合物。一些丝绸用于构建网,另一些用于连接线,两个用于包裹Aciniform(外卵囊)和Cylindriform(内卵囊)。来自国际合作研究的数据将揭示出令人难以置信的各种氨基酸序列和机械性质,Spiber的生物材料科学家可以参考这些来做一些非凡的事情 - 揭示合成蛋白质聚合物的机械性质与其氨基酸序列之间的相互关系来激发新蛋白质设计。

    Spiber采用了一种称为“全栈”的方法,从DNA序列到最终产品。它们的独特之处在于它们完成了内部工艺的每一步,从基因合成到发酵,纯化,物化,产品设计和原型设计。虽然他们的原始生物材料设计直接受到现有蜘蛛丝蛋白的启发,但该公司现在生产一系列蛋白质聚合物,其中许多具有自然界中未发现的氨基酸序列。 Spiber称这些Brewed蛋白质材料。

    Meyer说,设计 - 构建 - 测试过程始于一个理想的属性。 Spiber材料科学家可能会提出某种特性来实现材料。然后研究人员搜索他们的数据库并设计他们认为会产生所需特性的氨基酸序列。合成编码该氨基酸序列的DNA,植入微生物中,微生物发酵和纯化产生目标蛋白质聚合物(以原料粉末的形式)。然后可以加工这种粉末以制造各种不同的材料,从丝纤维到海绵甚至硬树脂。

    在该循环的每次迭代之后,对所得生物材料进行严格分析,并将其属性添加到不断增长的数据库中。随着每个周期,团队的预测能力都会提高。

    但是,从一个想法到一个执行并不是那么简单 - 总是会对管道进行调整和微小的改变,Meyer解释道。

    “我们自己做所有事情,从基因合成一直到生物材料或产品的最终设计......这很重要,因为有太多的可能性。有许多潜在的组合可以使用,蛋白质分子的氨基酸序列的变化可能意味着你需要调整过程中的每一步。“

    不同的蛋白质生物材料需要改变系统 - 有时特定的生物体不能有效地产生蛋白质,或者特定的DNA序列难以合成。

    “通过内部完成所有工作,采用全栈方法,我们可以更有效地完成所有工作。我们知道我们拥有哪种纺纱工艺选择,我们拥有哪种纯化工艺,以及我们可以使用哪种类型的发酵条件;因此,在这些参数中,我们可以更有效地进行搜索,并专注于为我们的最终应用创建我们想要的属性,“Meyer说。

    想要了解Spiber全栈方法的强大功能,可以考虑与The North Face Japan合作开发的Moon Parka原型。对于这种伙伴关系,该团队希望用蜘蛛丝制作一件户外夹克。

    问题是:蜘蛛丝在变湿时收缩,因此衣服会急剧缩小。天然蜘蛛丝是户外装备的可怕材料。

    这就是为什么Spiber开始制造疏水丝,在内部合成重复DNA序列并在小批量生物反应器中测试迭代的原因。他们处理并测试了数十种生物工程材料,记录了它们的最终机械性能,并返回到绘图板以供将来设计。经过反复试验,Spiber不仅创造了疏水性丝绸,而且所得到的纤维不含动物,不含石油化学成分,主要依靠糖作为原料。

    迄今为止,该公司已经合成并评估了超过1,400个DNA序列,其中大多数DNA序列具有高度重复性,或者使用专有合成平台进行合成具有挑战性。这里产生的DNA,以及随后的广泛的机械特性表征,为设计,构建,测试,学习和重复提供了无情的循环。

    但现在Spiber希望将他们的材料带到更广泛的消费市场 - 因此新泰国工厂。凭借创新的才能,Spiber团队计划在世界最重要的时尚活动中首次亮相,向世界展示他们的蛋白质材料。

    从编织线到时装秀

    巴黎的一条跑道可能出乎意料地展示了一个蛋白质系列。 服装可以是硬的或柔软的,纹理的或光滑的,图案的或平的 - 是设计师生物材料的完美平台。

    与着名时装设计师Yuima Nakazato合作,秋冬季全套时装系列几乎全部采用可持续的蛋白质生物材料制成。该阵容在今年的巴黎时装周上展出。该系列中的每件作品均采用Spiber的全栈方式精心设计和制作。该系列采用大胆的轮廓和柔和的土色调,以大自然为灵感。每一件作品都赋予分子设计的力量和多功能性。

    “几乎所有[在阵容中]都是用我们的蛋白质材料制成的。例如,鞋子和帽子的某些部分是由其他具有环保意识的材料制成的,但我估计所用材料的90%以上来自我们的各种Brewed Protein纤维,“Meyer解释说。

    这条线被称为BIRTH(也许是对时尚界新兴的重生点头?),强调Nakazato的“传统手工编织与尖端数字制作的融合”。

    该系列还采用了由Nakazato和Spiber开发的新加工技术;根据Spiber新闻稿,“通过精确控制特别定制的酿造蛋白质纺织品来创造三维纹理的纺织品造型方法”。

    在这个系列的高潮期间,这款独特的纺织品走在了前列 - 这是一款令人难以置信的渐变色,短款斗篷,白色和红色。服装的质地似乎活跃起来,散发出醒目的三维质感。

    “在这个系列的几个部分中,我们利用蜘蛛丝的自然超收缩在纺织品中创造了3D图案,”Meyer说。

    这一阵容标志着时尚产业的巨大转变,可持续发展不仅仅是一个“热门话题”,而是选择的方法。设计师生物材料是可持续的,可进化的,很快,它们不会受到生产能力或成本的限制。

    凭借Spiber在泰国的新工厂及其不断增长的具有明确物理特性的蛋白质聚合物数据库,未来的时装设计师将完全控制他们的梦想 - 从最终服装一直到其DNA序列。

    ——文章发布于2019年9月4日

    来源机构: 美国SynBioBeta公司 | 点击量:221
  • 摘要:

    走进任何一家杂货店,你不会花很长时间才能找到“肠道健康”部分:酸奶和酸奶的架子以及数十个小玻璃瓶的益生菌“镜头”,比其竞争对手宣传数十亿“活跃的文化”坐在他们旁边。

    随着微生物组被认为是人类健康的主要参与者,营销益生菌的公司数量急剧增加。消费者很难通过各种可用的选择,特别是当大多数健康声明含糊不清,并且为表兄的朋友的姐夫工作的益生菌对你有用的可能性最小。在这样一个饱和的市场中,一家专注于良好,健全的科学的公司将完全释放人类微生物组的潜力,并为消费者带来真正有效的产品。

    一家公司正在顺利完成这项法案。二十多年来,它在幕后静静地工作,建立了世界一流的微生物组研究和产品开发设施。现在供应世界上三分之一的益生菌,该公司准备改变我们的健康营养方法。

    机会是,你已经知道这家公司。

    这家公司是杜邦公司。

    那么,一家拥有200年历史的公司,如聚合物,化学品和纺织品等领先的材料生产商,如何成为世界领先的益生菌生产商?

    这一切都始于动物营养和乳制品文化。

    动物营养史

    几十年来,一家名为丹尼斯克的丹麦公司在人类使用的动物营养,乳制品培养和益生菌方面建立了世界一流的能力。一系列有针对性的收购(Cultor在1999年,Rhodia Foods在2004年,和Genecor在2005年)显着提高了公司在健康和营养以及微生物科学和技术方面的整体能力 - 包括如何改善农场动物的肠道健康以限制使用抗生素和改善营养吸收,为乳制品行业确定更好的微生物/起始剂,开发和销售益生菌以改善人体肠道健康。

    公司在这些领域取得成功的部分原因是由于丹尼斯克早在20世纪90年代就开发了一套用于研究肠道科学的实验工具。 “我们称之为'Enteromix®工具箱' - 我们仍然这样做!”杜邦研究员兼前首席科学家Andrew Morgan解释道。 “多年来,这已成为创建世界领先的健康和营养科学平台的补充。”

    该平台包括最初用于模拟鸡肠并适用于模拟人胃肠道的第一个基于实验室的胃肠模拟器之一。 “该公司新兴的Enteromix®工具箱的首次使用之一是证明其开创性动物营养酶的作用机制之一是调节肠道微生物群。这是我们进入微生物组的开始,“摩根说。

    2011年,杜邦公司收购了丹尼斯克公司,该公司当时是人类益生菌市场的领导者,并开发并销售了一些直接喂养的微生物(牲畜益生菌)。尽管活微生物的益处是明确的,但这种功效的基本原理和潜在应用的广度尚未完全了解。 2012年,杜邦公司中央研究与开发部门的微生物学家John Gannon一直试图说服杜邦开始关注人类益生菌以外的微生物机会。

    玉米微生物

    2014年,杜邦生物制品公司接受了甘农提出的探索作物微生物组以寻找作物益生菌的提议 - 称为生物制品。他们开始研究玉米,观察到同一玉米田的一些地块的产量比其他地块高得多,玉米遗传,土壤条件或其他生长条件没有差异。假设是差异可能是由微生物组引起的。

    Gannon和他的团队发现产量的差异是由于植物根部的生物膜中发现的细菌所致。杜邦公司的微生物组努力迅速聚集起来,很快,该公司还开始深入探索家禽等家畜的微生物组,寻找新的直接喂养微生物以减轻疾病。所有这些都成为世界级微生物组研究和产品开发能力的基础,不仅适用于农业和畜牧业,也适用于人类健康。

    进入杜邦工业生物科学公司后,Gannon的任务是建立微生物研究能力。 “我们的想法是将基因组学,生物信息学,微生物学,分子生物学,发酵和数据分析结合起来,以实现系统生物学方法,然后利用它来提供基于微生物组的益处,以及无数基于微生物组的机会,”他说。正是这种方法使得杜邦在充斥着炒作,怀疑和毫无根据的承诺的领域中脱颖而出。

    建立在科学基础上的基础

    基于他们在玉米田中学到的知识,杜邦开发了一种简化的通用管道,用于鉴定和开发益生菌候选物。 “在这个过程中没有削减任何角落,确保公司所做的科学是合理的,也是首要任务,”Gannon说。

    这一切都始于一项试点研究,以确定最适合的目标或关注的样本或样本集 - 无论是影响一群鸡的病原体还是人类的代谢疾病。 Gannon说,成功进行微生物组研究的两个最重要的部分是样本采集过程和元数据。

    “样本采集至关重要 - 我们告诉人们将其视为犯罪现场,以避免交叉污染,我们与密切了解目标的人合作 - 兽医为农业,农民为农民,临床医生为人类疾病,”Gannon说。 “你还必须了解你的元数据,”他补充道。 “这是将科学置于其背后的一个重要部分,很多人都没有考虑到这一点。”

    一旦鉴定出合适的样品类型并收集样品,就提取DNA以获得样品的微生物特征。该团队使用一套生物信息学工具,确定哪些微生物在某些条件下出现或消失(例如作物产量低或生病的牲畜)。然后将这些微生物在实验室中培养并进行一系列筛选试验以确定它们是否是良好的益生菌候选物。优化候选生物的生长条件以最大化产量,并建立稳定性和递送的最佳条件。只有这样,一个益生菌候选者才能准备好进行试验,看看它在现实世界中的表现 - 就像样品采集组件一样,它是与兽医,农民或临床医生合作进行的。

    重要的是,Gannon说,不同细菌物种之间的相互作用是一个重要的考虑因素,因为在现实生活中,这些微生物不是孤立的 - 它们是具有不同功能的不同物种的微生物群落的成员。该公司的Human Microbiome Venture Leader Sebastien Guery说,正是这种对社区功能的强调,而不仅仅是结构,是杜邦公司工作流程的核心。这有助于公司最大限度地提高益生菌在其预期环境中茁壮成长的机会,从而获得其有益效果。

    为此,杜邦非常重视了解给定菌株的作用机制以及鉴定相关的功能途径。这样做可以使杜邦专注于恢复缺失的功能或为给定的微生物生态系统中的相关功能途径提供动力,从而最大限度地提高疗效。至关重要的是,他们的目标不仅是开发新的微生物,而且还开发像益生菌或生物有机体这样的分子,这些分子只能帮助“友好”的微生物物种(毕竟帮助“敌人”细菌物种生长也会失败)。这种方法成功地用于人类和动物健康,以开发调节微生物群的优良成分,并且是杜邦公司在转入临床之前应用当今的Enteromix®健康和营养科学平台筛选体外模型的方法。

    “利用正确的酶和正确的饲料原料,我们可以在农场动物的胃肠道内原位产生益生元。这些益生元被设计为选择性食物来源,以促进肠道中有益细菌的生长。这是我们多年前发现的,并且从那时起一直在不断发展。这有点像微生物的个性化营养,“摩根说。

    它不是一刀切

    Guery在未来也会看到个性化营养,以改善和恢复人类健康。他说,通过不仅了解微生物本身的功能潜力,还将其与宿主中受影响的功能途径联系起来,打开了个性化干预的大门。

    “我们正在从一刀切的饮食和补充剂到定制补充剂和饮食,以满足患者的需求,从而最大限度地提高成功率。这开辟了一个名为'Nutrapeutics'的新领域 - 使用营养和补充剂作为治疗佐剂,以最大限度地提高药物的疗效“

    在短期内,该公司专注于代谢条件 - 但长期目标包括免疫肿瘤学和肠 - 脑轴相关疾病等。当谈到我们对微生物组的了解时,可能性是无穷无尽的,还有很多我们不理解的东西,所以Guery说,最终的愿景是“使用量身定制的混合物来改变健康,营养和健康微生物,益生元,酶和蛋白质,以恢复微生物群的组成和功能。“

    最近导致营养与生物科学创建的组织变革是推动杜邦实现这一愿景的关键一步。

    益生菌

    “我们现在所拥有的是一台出色的发现机器,不仅可以专注于益生元和益生菌的发现,还可以设计微生物,蛋白质和酶,”Guery谈到新的部门。 “[它]是观察微生物组调节的完美引擎,因为不仅可以[我们]种下一种缺失的微生物,而且我们可以非常有选择地恢复缺失的微生物群功能。”

    该公司是否会开始利用为特定功能量身定制的工程益生菌仍有待观察,尽管Gannon说这是他们所谈论的内容。但是现在,Gannon和Guery一致认为,更重要的是克服那里的蛇油并恢复消费者对益生菌的信心。

    “我们必须反对所有的炒作,那里有很多不好的产品,”甘农说。 “有[公司]有一个错误,他们把它放入某种产品,并说,'嘿,益生菌,他们将解决你所有的问题',但事实并非如此。良好的营销并不总是与良好的科学相匹配,当这种情况发生时,可信度就会丧失。将强大的科学放在微生物组研究背后是一种改变游戏规则的做法,它将对人类,动物,作物产量和环境产生重大影响。我们处于微生物群时代的早期阶段,所以这是一个非常激动人心的时间成为一名微生物学家,“他说。

    Gannon本人不久前就是益生菌的大怀疑论者,但是沉浸在杜邦的微生物组研究中并通过体内试验验证体外结果使他成为坚定的信徒。然而,他是第一批告诉你基于微生物的疗法不是银弹的人之一;他们不能治疗或治愈一切。但是,像杜邦这样的公司多年前铺平了道路,并且仍然以负责任的科学方式领先,微生物很可能在我们的土地,动物和自己的未来健康中占有重要地位。

    ——文章发布于2019年9月10日

    来源机构: 美国SynBioBeta公司 | 点击量:233
  • 摘要:

    近年来,美容行业的估值超过5000亿美元,近年来一直在经历爆炸性的增长。从K-和J-Beauty的全球趋势,到包括清真美容和男士护肤系列在内的新兴空间,美容品牌和制造商以更快的速度服务于新市场,对可持续性,透明度,道德采购和功效的需求不断增加他们的配方。为了满足这些需求,他们依赖于一个看似不太可能的盟友:生物学。

    但鲜为人知的事实是,美女已经拥有令人印象深刻的悠久历史,成为科学和技术进步的早期采用者。科学已经解开化学合成群青用于蓝色颜料 - 之前被认为比黄金更珍贵,并且相应地定价 - 在彩妆(蓝色眼影,任何人?)中,以及在香水中开发鲸鱼衍生龙涎香的合成替代品。它也给了我们非动物来源的维甲酸和透明质酸。虽然历史上许多这些进步都源于化学,但生物学和生物技术已成为21世纪及以后的首选创新工具。

    在我们与全球美容景观客户的接触中,从建立到崭露头角的颠覆品牌,我们亲身体验了对创新成分和技术的迫切需求,这些成分和技术使快速发展的行业中的参与者具有竞争优势,引人入胜的新故事。生物学就是答案。仅在过去的二十年中,我们就以不断加速的速度,在将生物技术进步应用于消费者产品方面取得了令人瞩目的进步。 Biosance,Amyris的分散消费者美容品牌,自豪地通过生物技术引领可持续发展的标语,是未来更多的先锋和胜利。我们知道全球的品牌,制造商和消费者都渴望有更多方法来实现生物驱动产品的优势,而且我们已经看到这项技术如何触及食品和饮料,材料等领域。数十亿人的生命,以及我们所知道的这个星球,正在寻求生物学家现在提供 - 而且可能性既令人兴奋又无穷无尽。

    对于Geltor来说,我们的生产平台中包括合成生物学,发酵和计算生物学在内的学科交叉领域已经有意识地生物分配了像胶原蛋白这样的成分,这些成分超越了传统的对应物,在生物相容性,纯度和临床证明的功效方面具有前所未有的优势。而我们刚刚开始。对于精心应用的生物设计可以为转型产品提供动力的方式,有一些非常值得注意的事情,这些产品可以悄然推动行业前进,因为它们就是那么好。时机不可能更好:今天的普通消费者比十年前更加科学,思想复杂,更具辨识力,与气候和社会变化的现实一起演变。新一代的美容配方(包括Collume™和HumaColl21™)不仅没有降级到轻薄,而是为用户提供的新标准,不仅包括他们日常产品的制作方式,还在于他们提供的结果。

    ——文章发布于2019年9月4日

    来源机构: 美国SynBioBeta公司 | 点击量:196
  • 摘要:

    二叠纪盆地横跨西德克萨斯州和新墨西哥州东南部,现在是世界上最大的产油田。日产量超过400万桶石油和140亿立方英尺天然气,是美国转型成为石油和天然气净出口国以及全球石油市场转型的主要因素。

    虽然该盆地是该国石油和天然气生产历史悠久的一部分,但与其增长相关的速度和规模产生了重大影响,并带来了许多挑战。此外,在该行业生产这种非常规资源的短时间内,准确预测其增长率已证明存在问题。但是,如果当前估计范围的平均值证明是正确的,那么该地区将在未来几年继续看到产量的显着增加。

    该会议是CSIS能源与国家安全计划的美国能源项目的一部分,将探讨二叠纪盆地石油和天然气开发的演变和影响,以及未来的经济和环境机遇和挑战。

    ——文章发布于2019年9月12日

    来源机构: 美国战略与国际研究中心 | 点击量:217
  • 摘要:

    埃德。注意:Broad研究所指出,该研究“大规模GWAS揭示了对同性性行为的基因结构的见解”,Ganna等人。提出了值得考虑和讨论的重要的社会,伦理和科学问题。因为我们认为代表一系列关于这项工作的观点很重要,所以我们邀请了Broad社区的成员提供他们对我们可能学习的研究,过程,影响和教训的看法。我们希望这些观点能够为必要的讨论提供信息。

    我首先了解到Ganna等人进行的全基因组关联研究。今年1月。当我听说Broad研究人员进行了一项旨在了解“同性性行为”的遗传基础的研究时,正如作者所说的那样,我立刻感到震惊。作为一名自豪的广泛研究所成员和一个热爱开发的同性恋者治疗精神疾病的新疗法,我曾经并且继续关注这项研究的目标,研究方式以及研究结果对全球LGBTQIA +社区的影响。具体来说,我很想了解道德监督这项研究的过程和类似的研究,以及这一过程是否足以保护LGBTQIA +社区和其他边缘化群体免受基因组学研究的潜在危害。令人震惊的是,我了解到目前的法律法规和道德规范往往无法充分保护历史上被边缘化的群体免受基因组学研究的负面影响。由于这些法规的差距,布罗德的办公室负责监督广泛研究活动的道德合规性的研究主题保护(ORSP)和合作伙伴的机构审查委员会(IRB)无需了解此研究,甚至在公开介绍其调查结果后才意识到此调查鉴于这项调查的敏感性及其可能影响仍然面临伤害风险的人口的社会福祉,本文试图打破所涉及的固有的法律,道德和道德复杂性。在这样的研??究中。具体来说,我希望回答四个问题:

    美国有哪些联邦法规规范涉及人口的研究?

    在联邦资助机构,大型国际研究联盟和当地研究机构中,这些标准的应用会对道德监督带来哪些漏洞?

    为什么这个问题值得解决?

    可以采取哪些初步措施来改善道德监督?

    首先,根据美国联邦法规,遗传学研究需要哪种类型的监督才有可能影响弱势群体的福祉?联邦政府制定了一套标准,称为共同规则,这是一系列由许多政府机构商定的联邦法规,旨在保护人类受试者免受研究过程中产生的潜在危害。根据这些规定,任何被视为“人类受试者研究”的研究都需要IRB审查,并包括对特定人群的特殊保护,即孕妇,胎儿和新生儿,囚犯和儿童。值得注意的是,美国的少数群体没有具体的保护措施,例如LGBTQIA +社区。根据这些规定,许多类型的研究可以被视为“非人类受试者研究”,但是,它可以深刻地影响人类群体。例如,来自人类的数据已被去除识别并且不需要研究人员与受试者接触不符合联邦对“人类受试者研究”的定义,因此不需要IRB审查。随着科学家们开始对数十万人的基因组进行测序和分析,该标准已经过时,并未考虑对可能受此研究影响的人群的保护。因此,这些联邦法规可能会为联邦资助机构,大型研究联盟和当地研究机构带来道德差距。让我们考虑一下Ganna等人。研究作为一个例子,说明如何充分遵循这些标准在这些标准中的应用,但仍然可能使脆弱人群面临受到伤害的风险。

    首先,我们可以考虑在联邦资助过程中如何应用这些标准。在NIH资助申请和年度报告的过程中,研究人员需要确定所资助的研究是否构成“人类受试者研究”。一旦确定某机构及其附属研究人员从事“人类受试者研究”,由IRB是必需的。因为Ganna等人使用的数据。研究被去除鉴定并且不需要与人类受试者接触,该研究不符合“人类受试者研究”的资格,因此不需要IRB审查。目前的法规没有考虑到虽然仅涉及使用去识别数据和二级数据集且不需要与受试者接触的研究可能不会对个人健康信息或研究对象的身份构成有意义的风险,但一些研究可能有可能伤害整个弱势群体。如果损害的可能性足够大,则需要进行审查以确保充分降低这些影响,并使研究人员在整个研究过程中考虑其研究的益处和成本,而不是作为事后考虑。

    人们期望进行道德监督的下一个级别是数据存储库级别。为了访问存储在存储库中的数据,例如UK Biobank和23andMe,调查人员需要向数据访问委员会(DAC)提交访问请求和数据传输协议,数据访问委员会负责确定所请求的数据是否为分析和研究类型符合其既定的道德标准。通常,访问这些存储库的机构认为监督它们的DAC是审查请求的最合格机构,因为它们最熟悉样本收集中涉及的同意过程,数据结构以及围绕访问权限的限制。数据。尽管如此,通过这些DAC整合数据访问审查流程可能会导致保护不足。首先,鉴于保护研究对象自主权的重要性,重要的是要考虑研究对象的确切同意程度。 2012年,23andMe实施了“二次同意”,专门描述了像Ganna等人的研究。研究是一种可能性,从而获得知情同意。就英国生物银行而言,提交样本的研究对象“被广泛同意。”这意味着受试者同意将其样本用于“改善疾病的预防,诊断和治疗以及促进整个社会的健康”。在Ganna等人的案例中。研究,对??于向英国生物银行提交样本和数据的LGBTQIA +识别对象是否已经同意,如果他们被特别告知他们的遗传信息将用于这样的研究,那么值得商榷。

    无论情况如何,重要的是要问主要研究数据集的同意过程是否过于宽泛,反过来又是否足以保护研究对象的自主权?此外,大型研究联合体由许多科学家,许多机构和许多不同社会文化背景的个体组成,他们对边缘化人口的历史和创伤的敏感性不同。目前,责任落在这些联盟上,以进行数据访问的审查过程。完全依赖这些可能会或可能不会将LGBTQIA +社区和其他边缘化群体视为值得保护的DAC,现有的数据访问审核流程会使这些群体面临受到伤害的风险。

    人们期望监督发生的第三个层面是当地机构。包括Broad Institute在内的美国任何机构的道德审查都需要联邦监管机构和研究所官员之间的合作。通过这种合作关系,美国卫生和人类服务部制定了法规,该机构负责起草执行这些法规的政策。因此,联邦法规中存在的任何漏洞都必然会流入当地机构。就Broad而言,联邦法规有两个主要领域导致地方层面的道德差距,如Ganna等人。研究:确定是否需要与ORSP联系,并获得对提交给受控访问数据存储库的数据传输协议的签名。 Broad的政策规定对“源自人类的数据”的审查不要求ORSP通知使用从具有自己的DAC的存储库获得的去识别数据。对于Ganna等人。研究,这导致ORSP和合作伙伴的IRB仅在2018年10月美国人类遗传学会(ASHG)会议公开演示后才开始意识到这项研究,当时该研究已接近完成。此外,当数据传输协议从广泛的官员那里获得签署时,其批准所需要的只是调查人员是否完成了机构所需的生物伦理学培训。虽然这些要求符合联邦法规,但我们不应将此视为对此类敏感调查的充分监督。反映这些法规的现行联邦法规和当地研究所政策目前不要求使用去识别信息的研究人员对他们的研究如何影响LGBTQIA +社区等弱势群体敏感,也不要求该机构的监管办公室正在进行这项研究,以便从研究开始就意识到这项研究正在进行中。相反,研究人员自己在很大程度上进行现场道德监督。

    总之,尽管现有的联邦法规,国际研究联盟的监督以及当地机构的政策迫使我们提出要求,研究能否对边缘化人群造成重大伤害的风险仍在继续:研究是否应该作为非人类受试者研究资格对边缘化人群有影响需要额外的道德监督吗?根据联邦法规,现在看来,答案是否定的。但这是对的吗?

    Broad研究所是基因组学和人类疾病研究的领导者。最低限度,我们应该努力将这种地位反映在我们自己和彼此所拥有的道德和道德标准中。基因组时代将引入新的道德和道德困境,而布罗德可以成为确保更强有力地监督人类来源数据使用的过程中的领导者,但前提是它选择了。鉴于研究的敏感性及其可能造成真正的伤害,研究结果有可能影响边缘化人群,应该从一开始就进行现场机构监督。目前的情况是,这项研究可以在没有要求研究人员认识到或对其研究结果可能产生的潜在影响负责的情况下进行。这是不负责任的。我们比这更好,应该遵循更高的道德标准。

    我们在这里要求解决的问题超出了我们开展科学的方式。这个道德监督问题的核心是一个更大的社会问题。我们重视谁?我们承认并认为谁的存在和人性是有效的?我们认为谁值得保护免受伤害?根据GLAAD的2019年加速接受指数,18-34岁美国人对LGBTQIA +人的接受度连续第二年下降。根据人权运动,2018年,美国至少有26名变性人因致命暴力事件而死亡。到目前为止,在2019年,有16人因暴力事件而死亡,这一数字继续上升。最近,特朗普政府宣布了一项计划,旨在取消“平价医疗法案”(ACA)中的保护措施,以保护跨性别人士免受医疗保险和保险范围内的歧视。 10月8日,美国最高法院将听取有关是否应保护LGBTQIA +美国人免受工作场所歧视的争论。我们不能假装我们的科学与它所进行的社会脱节,而现在,我们生活在当权者寻求对LGBTQIA +人民造成伤害的时代。作为一个社区,我们必须争取在地方和联邦层面建立法律和法规体系,以保护LGBTQIA +个人和其他边缘化社区免受伤害,包括在研究过程中。

    这个问题的严重性需要广大高层领导的所有成员以及来自不同学科的科学家的关注和投入。我呼吁他们加入这场辩论,并在研究过程中加强对边缘化社区的保护。为了为旨在实施机构监督改革的建设性辩论奠定基础,下面列出了若干提案。我希望它们可以作为进一步行动和辩论的起点,但除了这里提出的建议外,还可以做更多的工作。重要的是要平衡任何提议或改变与学术自由的需要,并减少可能大大减缓有影响力的研究效率的禁止性裁员。虽然这些提案超过了现行的联邦标准,但Broad已经以其他方式超越联邦法规,例如实施BL2 +生物安全水平。联邦法规并不意味着我们不能坚持更高的道德和道德标准。我邀请布罗德社区的所有成员使用这些提案作为重要辩论的开始。

    提案1:召集一个负责机构监督改革的委员会。通过建立一个具有明确任务的机构,可以促进持续的,富有成效的机构辩论和行动。该委员会的任务是负责领导机构辩论,讨论是否需要加强对涉及历史边缘人群的研究的监督保护。该委员会应由学院领导组成,包括首席合规官,博大科学家和具有不同文化,种族,性别和性别身份的机构工作人员,以建立一个机构,反映审查复杂社会和手头的道德问题。鉴于Broad与其他当地机构的合作,该委员会的任务还包括与地方,联邦和国际层面的其他机构合作。

    建议2:为影响人类的研究建立更严格的地方审查程序。目前,如果数据是从具有自己的数据访问委员会的外部组织(例如dbGaP或UK Biobank)获得的,那么研究人员可以请求从人类获得的数据而无需向ORSP注册。如果调查人员团队正在向数据存储库提交数据访问请求和数据传输协议(DTA),则需要ORSP审核才能完成这些文档。通过要求所有访问请求和DTA包含ORSP编号,这将创建一个简单的机制,使ORSP不仅能够了解活动研究,还可以在签核完成之前查看这些项目。其次,研究所领导应该在ORSP注册系统中为敏感的非人类主题研究实施更彻底的筛选,以便标记敏感的调查以进一步监督。第三,研究所领导应该倡导更彻底的研究敏感性筛选,并将其纳入数据访问请求和外部数据存储库使用的DTA。

    建议3:将广泛的数据使用监督系统(DUOS)集成到涉及存储在内部或外部数据存储库中的数据的所有机构研究的审查中。 DUOS是最近建立的半自动数据管理服务,旨在确保研究人员尊重对二级数据和特定分析形式的限制。该系统允许筛选要求以半自动方式访问存放数据的研究项目,同时还允许监督实体在必要时进行人工审查。该系统代表了一种模式,通过该模型,ORSP可以进行更强大的道德监督,而不会不合理地增加系统和办公室的负担,从而降低研究所附属研究的效率。

    建议4:授权当前的道德规范工作人员,雇用更广泛的员工生物伦理学家,并建立将研究人员与道德资源联系起来的机制。目前,一些广泛的工作人员具有生物伦理背景,但这些资源未来还不够。聘请更多的生物伦理专家与现有员工一起工作,将为ORSP和调查人员提供更充足的资源,以便在整个研究过程中使用。这些专家的任务应该是:

    1.监督和更新有关人类遗传学研究的伦理和道德考虑的政策,与研究是否作为人类受试者研究的指定无关。

    2.协助ORSP员工提供额外的专业知识,以制定复杂的道德和道德考虑因素。

    3.在整个研究过程中为调查人员提供资源。将研究人员引导到此资源的一种方法是在他们向ORSP注册时。

    4.计划规划和研讨会,以提高对涉及边缘化人群的研究的认识和敏感性,以及广泛科学家面临的其他道德困境。

    来源机构: 哈佛-麻省理工学院Broad研究所 | 点击量:239
  • 摘要:

    埃德。注意:Broad研究所指出,该研究“大规模GWAS揭示了对同性性行为的基因结构的见解”,Ganna等人。提出了值得考虑和讨论的重要的社会,伦理和科学问题。因为我们认为代表一系列关于这项工作的观点很重要,所以我们邀请了Broad社区的成员提供他们对我们可能学习的研究,过程,影响和教训的看法。我们希望这些观点能够为必要的讨论提供信息。

    作为一个奇怪的人和遗传学家,我很难理解关于非异性恋行为的全基因组关联研究背后的动机。一方面,性生活对生物学家来说很有意义,动物非生殖性行为的进化背景还不是很清楚。也许通过用遗传镜片研究人类的这种行为,我们可以开始解开一些更大的谜团。

    然而,仅仅好奇心似乎没有足够的理由探索人类行为特征的遗传基础 - 并且,通过扩展,一种身份 - 界定弱势群体,更不用说在高影响力的科学期刊中这样做了。 LGBTQIA +世界各地的人都存在偏见,在许多地方,法律要么不提供保护,要么将基于性别的歧视制度化。幸运的是,1979年由美国国家生物医学行为研究人类受试者保护委员会发布的贝尔蒙特报告提供了一个广泛采用的思考这种困境的框架。当一项研究显示有可能造成伤害时,慈善原则要求研究人员预测并??减轻任何可预见的结果。当一项研究的预期收益未能超过其预期的危害时,该研究不应该进行。机构审查委员会(IRBs)对涉及标本采集的项目广泛执行该标准;然而,人口遗传学家(我和我的研究作者)通过使用公开的,去识别的数据集来定期绕过IRB审查,这些数据集被广泛同意并且不受相同的法规约束。

    有人可能会认为这项研究是有道理的,因为它有潜在的好处。例如,这样的研究可以进一步证明奇怪的生物现实(即LGBTQIA +身份和行为不是'生活方式选择'的观点,如早期遗传性研究表面上证明的那样),或阐明不同的思维方式它的分类。更一般地说,人们认为这样的项目有可能开辟新的探究途径,这有可能改善LGBTQIA +人们未来的临床护理。基础研究构成了应用研究的基础,其在任何特定情况下的具体结果都难以预测。有人可能会认为,这些潜在的积极成果,无论是对于LGBTQIA +特别是人们还是社会,都可以为这个研究企业提供理由。

    我还没有看到一个令人信服的论点,即这项研究的潜在好处超过了它的潜在危害。我的强烈直觉是,这项研究将被不愿意参与其解释的微妙和局限的个人最热烈地吹捧。非异性恋行为的多基因风险评分可以很容易地用于伤害同性恋者,无论其有限还是缺乏预测价值,科学家们不应该将其用于滥用。突出与风险寻求行为的遗传相关性模糊了数据集的社会背景(和遗传子结构)(即,其与英国同性恋非刑事化的时间重叠,以及其他情况)。通过这种方式,所呈现的结果不仅过分简化了生物因果关系的问题,而且还通过使LGBTQIA +人的刻板印象永久化而威胁直接损害,同时也将同性吸引力比作医学或心理障碍。因此,我认为这项研究的潜在危害既是直接的,也是重要的。考虑到这一点,我继续努力为这项研究找到充分的理由或动力。

    许多人已经注意到这些数据是免费提供的,分析可以由任何科学家完成,可能是个人无视科学严谨或细致入微的沟通。然而,我认为试图阻止这种可能性的研究将花费更多的时间专注于这种研究的主要局限性,这一焦点将不可避免地导致在较低级别的期刊上发表。当然,科学家们不会单独做出这些决定;资源密集型研究项目的成果来源于合作,在出版时必须考虑到各种各样的专业情况。尽管如此,我仍然期望应用慈善原则,认识到伤害的可能性与该研究引起的大众媒体关注的比例增长。表面上看,在职业精神“出版或灭亡”的地方以及clickbait研究被引用的地方,这一原则缺乏足够的强制力。

    当我在去年10月的美国人类遗传学会议上首次了解这一研究时,我努力理解这项研究背后的动机,并且在与作者的持续对话中我一直在努力。我对布罗德研究所宽容这项研究的选择感到失望,我希望这一事件将促进关于人类行为遗传学和涉及去识别人类受试者数据的研究监管的更大讨论。我最钦佩的研究人员是追求理解以便在他们周围的世界中取得好成绩的人。作为科学家,我们需要更好地激励道德。

    来源机构: 哈佛-麻省理工学院Broad研究所 | 点击量:163
  • 摘要:

    布罗德研究所的生物伦理学团体部分归功于一只名叫达尔文的猫。 Darwin属于Broad的脊椎动物基因组学主任Elinor Karlsson,当他在2017年病倒时,Karlsson将他带到了MSPCA-Angell动物医疗中心。 在那里,她遇到了Lisa Moses,一位负责该中心疼痛医学和姑息治疗服务的兽医,也是一位训练有素的生物伦理学家。 两人开始讨论道德问题。

    “与那些接受过正规道德培训的人交谈,发现有更多的思考问题的框架比我意识到的要真的很有意思,”卡尔森说道,她在自己的狗工作中遇到了道德问题。遗传学。例如,如果有的话,她应该如何谈论狗主人的侵略性特征?

    科学研究经常引起科学方法无法回答的问题。脑器官研究的局限是什么?我们应该如何处理获取科学工具和数据的不平等?我们如何展示精神疾病等复杂问题的研究成果,以避免误解?

    这些问题属于生物伦理领域,即对健康与医学竞争价值之间冲突的评估。生物伦理学讨论在Broad社区中变得越来越普遍,因为该研究所的科学家研究和讨论的主题包括非洲人群中精神疾病的遗传学,遗传数据集中更多样化的需要以及基因编辑技术的适当使用。

    “我已经在布罗德待了一段时间,而且我注意到最近有关于道德问题的讨论,房间越来越满,”卡尔森说。

    2017年,卡尔森和摩西自己的道德对话发展成为一种全面的合作。 2018年,摩西作为访问科学家正式成为Broad社区的一员,她和Karlsson以及哈佛大学兽医史蒂夫·尼米(Steve Niemi)一起撰写了一篇关于宠物基因检测伦理学的社论,该杂志于当年7月出版。 (摩西的狗,鲁迪,是第一批参加达尔文狗的混血犬之一,这是一个由卡尔森领导的公民科学项目,它对宠物狗的DNA进行排序,以更好地了解健康,外表和行为的遗传基础。)在编辑工作中,Moses和Karlsson提出了在Broad开设生物伦理讨论小组的想法,类似于Moses在MSPCA-Angell和其他机构建立的小组。

    他们创建该小组的目的是为研究人员提供一种更系统的方式来讨论道德问题并提出可能的解决方案。 “像这样的团体增加了通常被称为道德想象的东西,这意味着通过道德观点来看待我们的工作,并且当它们出现时对注意问题具有高度敏感性,”摩西解释说。

    Karlsson补充说,研究人员习惯于考虑制度审查委员会和动物护理法规,但这些问题更多的是关于合规性,而道德规范包括更广泛的问题,而这些问题并不总是容易得到答案。 “我们都确保遵守机构审查委员会和动物护理和同意规定,但中间存在很多灰色地带,”卡尔森说。

    为了衡量兴趣,摩西和卡尔森在2018年末在全院范围内设立了一张海报,向人们询问他们想要谈论的道德话题。 “我们被问题和想法以及想法和意见所淹没,”卡尔森说。

    在2019年初,他们主持了道德讨论组第一次会议,Bioethics @ Broad。每次会议都是基于Broad社区成员建议和提出的道德问题。 “这是一种非常实际,解决问题的讨论,”摩西说。 “我真的希望人们将这个群体作为一种资源来实际带来他们尚未解决的问题,并利用群体的不同观点来提出解决方案。”

    到目前为止,Bioethics @ Broad涵盖了以下问题:

    研究人员需要为参与公民科学项目的人提供多少科学细节,以确保他们了解工作?

    克隆宠物是否合乎道德?

    当研究人员发现与参与者参与基因研究的原因(也称为偶然发现)无关的可操作的致病突变时,他们应该怎么做?

    在6月举行的第四次也是最近一次的会议上,Grace VanNoy和Broad's Rare Genomes项目的遗传咨询师Melanie O'Leary向40多人提出了上述与偶然发现有关的问题。在布罗德担任不同角色的与会者就这个问题提出了多种意见,摩西指导了讨论,以便最终提供了几种可能的行动方案。

    “令人欣慰的是,人们越来越关注我们在这里所做的工作如何在世界的孤岛中不存在,如果我们要成为第一个做某事的人,那么应该有时间思考,“范诺伊说。

    反思和讨论的机会尤其重要,因为管理科学研究的法规需要时间来赶上新发现和工具提出的问题。 “从长远来看,我真的很有兴趣看到现在存在的法规是否会根据这些生命伦理问题进行更新,”Broad的脊椎动物基因组学研究科学家Diane Genereux说道,他帮助组织会议。

    Broad的数据捐赠平台(DDP)的主要软件产品经理Jen Lapan参加了几次Bioethics @ Broad会议,并表示他们是一个宝贵的机会,可以了解一系列生物伦理方面的问题,这些问题会影响在Broad工作的团队,这与她不同 自己团队的工作。 参加Count Me In和Rare Genomes Project等项目的公众成员正在使用由Broad的数据科学平台创建的DDP软件,Lapan表示,这在软件开发人员的心目中占有重要地位。 拉潘说:“我认为我们团队中没有人不理解这种严重性。” “非常出色的是,Bioethics @ Broad提供了一个专业的跨平台环境,由专家提供帮助,人们可以在这些环境中讨论这些从根本上讲重要且极其有趣的研究方面。”

    对于那些不习惯在小组讨论中谈论与其工作相关的道德问题的研究人员,摩西提出提供个人的,保密的道德咨询。道德咨询是医疗环境中的惯例,摩西在与哈佛医学院生物伦理中心的团契中接受过培训。从那时起,她调整了科研机构的咨询程序,并为几个学术机构的实地研究,动物园和实验室的非营利组织提供了咨询。 “我希望能够为Broad的任何实验室或科学家提供资源,他们希望通过与他们的研究相关的道德问题进行一对一的帮助。他们绝对欢迎与我联系,“摩西说。

    Bioethics @ Broad计划在夏季休假后继续举行定期会议。 Karlsson和Moses都强调,参加会议的Broadies将成为塑造集团未来的人。两人希望通过该小组,生物伦理讨论将成为该研究所日常生活的重要组成部分。

    来源机构: 哈佛-麻省理工学院Broad研究所 | 点击量:152
  • 摘要:

    欢迎阅读2019年8月23日的研究综述,这是Broad研究所科学家及其合作者最近发表的研究的反复快照。

    RABL3中的突变可能增加胰腺癌的风险

    胰腺导管腺癌(PDA)是一种可以在家族中发病的侵袭性癌症,尽管致病基因大多是未知的。使用全基因组测序,Sahar Nassim,新陈代谢计划的副成员Wolfram Goessling在布里格姆妇女医院及其同事在PDA家族中发现RABL3(一种RAS家族致癌基因)中的种系截短突变。他们的工作表明,这种突变可能通过影响RAS途径的调节,增加细胞增殖来增加癌症风险。 RABL3突变可能是具有该病史的家族中的基因检测的靶标。阅读Nature Genetics的完整研究。

    从哪里来到Roopkund湖的骷髅?

    在一个名为Roopkund Lake的喜马拉雅游泳池中,数百人的骨头,他们的身份和命运自几十年前发现以来一直是个谜。在Nature Communications,一个由哈佛大学ÉadaoinHarney领导的国际团队;马克斯普朗克人类历史科学研究所的Ayushi Nayak;加州大学圣巴巴拉分校的Douglas Kennett; CSIR细胞与分子生物学中心的Kumarasamy Thangaraj; Birbal Sahni Palaeosciences研究所的Niraj Rai;哈佛大学医学院的医学和人口遗传学副学士David Reich报告说,来自湖泊中38个骷髅的DNA显示,这些遗骸代表了至少三个遗传上不同的群体,在一千年的时间内在湖中埋葬(相反)到了所有的一切)。阅读“纽约时报”,“大西洋”和“国家地理”杂志的更多内容。

    生酮饮食促进肠道干细胞功能

    已知膳食营养素在维持成体干细胞中起作用。然而,关于干细胞产生的代谢物如何协调细胞功能和生理学知之甚少。为了确定特定的代谢途径,由Chia-Wei Cheng,Moshe Biton,Adam Haber,核心研究所成员和Klarman Cell Observatory主任Aviv Regev,麻省理工学院的成员Omer Yilmaz以及其他人在基因组学平台的帮助下领导的研究小组进行了研究。表达产酮酶HMGCS2的小鼠肠干细胞(ISCs)。酮在低能量状态期间为组织提供能量,例如禁食或长时间运动,并且还被暗示为信号代谢物。在Cell中报道,研究人员证实,与生酮饮食相关的代谢物可改善ISC功能,富含葡萄糖的饮食具有相反的效果。在麻省理工学院的新闻稿中了解更多信息。

    一个不成熟细胞的主角

    治疗毛细胞星形细胞瘤(PA)是最常见的小儿脑肿瘤,可以破坏生长中的大脑和身体。由Dac-Farber /波士顿儿童癌症血液疾病研究中心的Zachary Reitman,Brenton Paolella和癌症项目准成员Pratiti Bandopadhayay以及Dana-Farber癌症研究所的Rameen Beroukhim领导的团队对PA肿瘤进行了单细胞RNA测序,以更好地了解他们的细胞化妆。他们发现PA肿瘤主要包括成熟的星形胶质细胞样癌细胞以及一些未成熟的癌细胞,这些细胞在MAPK途径中显示出活性,这是一种更安全的治疗方法。肿瘤免疫细胞群的差异可以解释来自不同脑部位置的基因表达的不一致模式。阅读Nature Communications和波士顿儿童医院的更多信息。

    CRISPR使材料“智能”

    由于可编程的Cas12a酶,传染病和微生物组计划的研究员James Collins和他的团队已经使DNA水凝胶符合他们的意愿。在科学论文中,他们展示了如何将DNA纳入水凝胶结构中。然后,他们设计了指导RNA,使Cas12a以各种方式切割DNA,改变凝胶的行为和性质。在一些应用中,研究人员使用Cas酶从聚乙二醇凝胶中释放DNA锚定化合物。这种CRISPR响应性材料可用于组织工程,分子诊断和生物电子学。

    来源机构: 哈佛-麻省理工学院Broad研究所 | 点击量:157
  • 摘要:

    2019年8月26日讯/生物谷BIOON/---CRISPR-Cas系统已成为科学家们在不断增加的有机体中研究基因的首选工具,并且正被用于开发潜在地校正基因组中单个核苷酸位点上的缺陷的新型基因疗法。它也被用于正在进行的诊断方法中,用于检测患者体内的病原体和致病突变。

    如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛大学威斯生物启发工程研究所和麻省理工学院的研究人员展示了将CRISPR用作新型刺激反应性“智能(smart)”材料的控制元件。一旦被特定的天然的或用户定义的DNA刺激物激活,一种CRISPR-Cas酶就能够让多种智能材料释放出自身结合的货物,比如染料和活性酶,改变它们的结构来部署包埋的纳米颗粒和活细胞,或者调节电路从而将生物信号转化为电信号。相关研究结果发表在2019年8月23日的Science期刊上,论文标题为“Programmable CRISPR-responsive smart materials”。

    论文通讯作者、哈佛大学威斯生物启发工程研究所创始核心学院成员James Collins博士说,“我们的研究表明CRISPR的力量可以在实验室之外用于控制DNA反应性材料的行为。我们开发了一系列具有不同能力的材料,这就突显了可编程的CRISPR反应性智能材料(CRISPR-responsive smart material)所支持的应用范围。这些应用包括新型治疗诊断策略、即时诊断以及对流行病爆发和环境危害进行的区域监测。”

    CRISPR-Cas系统因其能够利用短的互补性向导RNA(gRNA)在基因组中找到几乎任何靶序列并且能够以手术精确度切割和修复DNA双链而获得了巨大的声誉。在这项新的研究中,这些研究人员使用了一种来自毛螺菌(Lachnospiraceae)的称为Cas12a的Cas酶变体,这种酶变体具有识别和切割特定DNA序列的能力,但是,重要的是,经这种切割事件激活后,它接着以每秒大约1250次的周转速率非特异性地切割特定DNA序列附近的单链DNA。

    论文共同第一作者、麻省理工学院研究生Max English说,“我们将单链靶DNA序列整合到聚合物材料中,要么作为悬垂货物的锚点,要么作为维持材料基本完整性的结构元件,并且能够通过提供Cas12a和一种作为刺激物的特定gRNA来控制不同的材料行为。”

    CRISPR反应性材料用于小型货物递送

    这些研究人员通过双链DNA锚定序列将不同的有效载荷附着到一种所谓的聚(乙二醇)水凝胶材料上。论文共同第一作者、Collins团队博士后研究员Helena de Puig博士说,“在互补的gRNA存在下,附近的Cas12a酶靶向这些锚定序列,随后让它们遭受降解。因此,我们可以释放有效负载,比如荧光分子和酶,这种释放速率取决于gRNA/靶DNA的相对亲和力,以及硬编码到水凝胶中的特性,比如它们的孔径和与水凝胶材料交联在一起的靶向锚定序列的密度。”他们认为,这种方法可用于开发具有诊断能力的材料,也可用于环境监测。

    刺激后释放包埋的纳米颗粒和细胞

    这些研究人员在在更大的范围内研究了他们的方法,以促使包埋纳米颗粒和活细胞的聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PA)水凝胶发生结构变化。论文共同第一作者、Collins团队的研究生Raphael Gayet说,“在这项新的研究中,我们利用Cas12a靶序列将PA链彼此交联在一起,从而起到结构元件的作用。通过触发Cas12a活性移除交联剂可促进整个水凝胶基质发生机械变化,从而允许金纳米颗粒和人原代细胞释放出来。论文共同第一作者、Collins团队的研究生Raphael Gayet说,“这种方法可用于将细胞释放到组织支架中。”

    生物材料作为保险丝和可控阀

    在另一种不同的方向上,Collins和他的团队设计了CRISPR反应性智能材料,可以作为保险丝和调节流体通过的可控阀。这些研究人员利用炭黑(一种良好的电导体)和随机单链DNA片段制成的纳米颗粒混合物覆盖电极,并用含有Cas12a和特定双链靶DNA的溶液包围这些电极。论文共同作者、Collins 团队成员Nicolaas Angenent-Mari 说,“这种材料本身就能够让电流在电极之间流动。然而,当我们触发Cas12a依赖性的嵌入DNA降解时,这种材料受到破坏,从而导致电流中断。”

    在纸基微流体装置中,这些研究人员组装了一叠折叠的微型垫,每个微型垫都具有特定的功能。在Cas12a特异性双链DNA触发剂不存在或存在的情况下,他们让与DNA交联在一起的PA水凝胶与Cas12a发生预反应,并用它覆盖中间垫。然而,这种水凝胶仅在没有Cas12a触发的DNA的情况下形成,并且当添加到中间垫上时,这会堵塞它的孔。这接着阻断了携带电解质的缓冲液从这叠微型垫的顶部流动到电极所在的底部。

    相反之下,Cas12a触发的DNA的存在阻止了这种水凝胶发生的交联,从而使得这种缓冲液流动并在电极上产生电流,因而基本上发挥着电阻器的作用。论文共同第一作者Luis Soenksen说,“通过这种方法,我们将对应于埃博拉病毒特异性RNA的DNA检测与电信号相结合在一起,甚至可以利用偶联RFID天线实时传输信号。”

    哈佛大学威斯生物启发工程研究所创始主任Donald Ingber博士说,“Collins及其团队在威斯生物启发工程研究所的活细胞平台上开展的这项突破性研究展示了CRISPR技术在全新领域(从诊断、治疗到生物电子学)的价值,这标志着这种生物启发技术为生物医学发展带来的又一个鼓舞人心的转折点。”

    来源机构: 生物谷 | 点击量:168
  • 摘要:

    还有什么是CRISPR不能做的吗?科学家已经使用这种基因编辑工具制造了大量基因改造生物,同时还用它来追踪动物发育、检测疾病以及控制害虫。

    如今,他们又发现了这种基因编辑工具的另一个应用——使用CRISPR创建智能材料,后者能够根据指令改变自己的形状。

    研究人员在日前出版的美国《科学》杂志上发表报告称,这种可变形的材料能够用来运送药物,并为几乎所有的生物信号“站岗放哨”。这项研究由剑桥市麻省理工学院生物工程师James Collins主持。

    Collins的团队研究的是由脱氧核糖核酸(DNA)链连接在一起的充满水的高分子聚合物(被称为DNA水凝胶)。为了改变这些材料的性质,Collins和他的团队采用了一种形式的CRISPR,后者使用一种叫做Cas12a的DNA剪切酶。(基因编辑器CRISPR-Cas9使用Cas9酶在需要的位置剪切DNA序列)

    Cas12a酶可以被编程来识别一种特定的DNA序列。这种酶会切断其目标的DNA链,然后切断附近的单链DNA。

    这一特性使得研究人员能够构建一系列由CRISPR控制的水凝胶,其中包含一个目标DNA序列以及单链DNA——当Cas12a识别出一个刺激物中的目标序列后,这些单链DNA就会断裂。

    单个DNA链的断裂触发水凝胶改变形状,或者在某些情况下完全溶解,进而释放有效载荷。

    例如,作为一项治疗的一部分,出于对刺激的响应,研究小组创造的这些水凝胶可以释放酶、药物甚至人类细胞。

    Collins希望这种水凝胶能被用来创建智能的治疗方法,例如在肿瘤存在时释放抗癌药物,或者在感染部位周围释放抗生素。

    研究人员还将CRISPR控制的水凝胶集成到电子电路中。

    在一项尝试中,他们把水凝胶放入一个名为微流体室的小芯片状的装置中,这个装置与一个电子电路相连。当检测到来自包括埃博拉病毒和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等在内的病原体的遗传物质时,作为响应,该电路将会被关闭。

    研究团队甚至利用水凝胶开发了一个诊断工具原型——当它在实验室样本中识别出埃博拉病毒的遗传物质时便会发送无线电信号。如果一名团队成员在背包里携带了无线电探测器,他只需简单地走近这些样本就能识别出其中的阳性样本。

    纽约州康奈尔大学伊萨卡分校生物工程师Dan Luo说,CRISPR水凝胶是对其他响应性水凝胶的一次改进,因为科学家可以很容易地确定是什么触发了材料的变化。过去创造智能水凝胶时所使用的酶要么不能切割特定的DNA 序列,要么只能切割少量特定的序列,进而限制了它们的适应性。

    “我们现在正处于CRISPR的时代。”Collins说,“它已经接管了生物学和生物技术。我们已经证明,它现在可以进入材料和生物材料领域。”

    CRISPR又被称为基因剪刀,是生物科学领域的游戏规则改变者,这种突破性的技术通过Cas9酶发现、切除并取代DNA的特定部分。这种技术的影响极其深远,从改变老鼠皮毛的颜色到设计不传播疟疾的蚊子和抗虫害作物,再到修正镰状细胞性贫血等各类遗传疾病等等。该技术十分精准、廉价、易于使用,并且非常强大。

    ——文章发布于2019-08-26

    来源机构: 基因农业 | 点击量:155