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Timothy K. Lu博士（圖片來源MIT） 8月18日，盧冠達(dá)博士發(fā)表的這項(xiàng)新成果聲稱,，其研究小組開發(fā)出一種記錄人類細(xì)胞DNA復(fù)雜歷史的方法,。據(jù)悉，這是首個(gè)可以記錄人類細(xì)胞中事件持續(xù)時(shí)間和/或強(qiáng)度的模擬記憶存儲(chǔ)系統(tǒng),。而這一研究中的新方法借助了目前生命科學(xué)領(lǐng)域非常熱門的基因編輯系統(tǒng)CRISPR/Cas9,。 近幾年，除盧冠達(dá)博士外,，一些其他研究人員也曾設(shè)計(jì)出一些方法用于記錄細(xì)菌細(xì)胞中的這種模擬信息,。但值得注意的是，此前,，一直沒有人在人類細(xì)胞中做到這一點(diǎn),。就在上周，這一領(lǐng)域迎來了新的進(jìn)展,。 事實(shí)上,，早在2014年11月14日，盧冠達(dá)（Timothy K. Lu）博士就曾在Science上發(fā)表過一篇題為“Genomically encoded analog memory with precise in vivo DNA writing in living cell populations”的論文。在這一研究中,，他帶領(lǐng)的研究小組發(fā)明了一種DNA“錄音機(jī)”,，可將DNA轉(zhuǎn)化為可讀的形式，記錄細(xì)菌細(xì)胞幾個(gè)星期的生活史,，描述活細(xì)胞各種各樣的記憶,。 據(jù)介紹，以往利用CRISPR技術(shù)編輯基因時(shí),，研究人員需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)與靶序列相匹配的RNA向?qū)ф?。為了編碼記憶，盧冠達(dá)博士的研究小組采用了不同的方法：他們?cè)O(shè)計(jì)的向?qū)ф溎軌蜃R(shí)別編碼相同向?qū)ф湹腄NA,，即自我靶向向?qū)NA（self-targeting guide RNA）,。 由于大部分的突變會(huì)導(dǎo)致DNA序列的部分缺失，研究人員設(shè)計(jì)的RNA向?qū)ф滈L(zhǎng)于通常的20個(gè)核苷酸,。研究顯示,，40個(gè)核苷酸的序列足夠記錄一個(gè)月。此外,，他們還設(shè)計(jì)了70個(gè)核苷酸的序列,，可更長(zhǎng)時(shí)間的記錄生物學(xué)信號(hào)。 在這種自我靶向向?qū)NA的引導(dǎo)下,，Cas9酶會(huì)切割編碼這一向?qū)ф湹腄NA,，產(chǎn)生突變，從而成為這一事件的永久記錄,。被編輯的DNA序列一旦突變后,，會(huì)產(chǎn)生新的向?qū)NA鏈，指引Cas9作用于新突變的DNA,。只要Cas9有活性或者自我靶向向?qū)NA依然表達(dá),，這種突變就會(huì)不斷積累。 通過調(diào)節(jié)Cas9或自我靶向向?qū)NA的活性,，這一系統(tǒng)能夠提供基因組編碼記憶,。舉例來說，研究人員可以設(shè)計(jì)一種特定基因回路,，只有在靶分子（如TNF-α）存在時(shí)，Cas9才會(huì)表達(dá),。每當(dāng)TNF-α存在時(shí),，Cas9就會(huì)切割編碼向?qū)蛄械腄NA，生成突變,。接觸TNF-α的時(shí)間越長(zhǎng)或TNF-α的濃度越高,，DNA序列中累積的突變就越多。隨后，通過測(cè)序DNA,，研究人員可以確定接觸的程度如何,。 在這一研究上，科學(xué)家們還證實(shí),，該系統(tǒng)能夠記錄小鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng),。研究人員表示，目前這一方法最有可能用于研究人類細(xì)胞,、組織或工程器官,。通過記錄細(xì)胞中發(fā)生的事件，科學(xué)家們可以監(jiān)測(cè)炎癥,、感染或癌癥的進(jìn)展,。它還有可能用于研究動(dòng)物從胚胎發(fā)育為成體過程中細(xì)胞特異性分化為不同組織的過程。 照片來源：The-scientist 作為一名新生代學(xué)者,，盧冠達(dá)博士（Timothy K. Lu）曾在2010年入選MIT Technology Review評(píng)出的“35 Innovators Under 35”榜單。這一評(píng)選始于1999年,，曾經(jīng)的入選者包括Facebook的創(chuàng)始人Mark Zuckerberg,、Linux之父Linus Torvards、Yahoo創(chuàng)始人楊致遠(yuǎn)以及美國(guó)科學(xué)院院士莊小威等,。 盧冠達(dá)的童年一半在美國(guó)度過,，一半在臺(tái)灣度過。年僅35歲的他在學(xué)術(shù)方面經(jīng)歷非常多樣,，橫跨電氣工程,、計(jì)算機(jī)科學(xué)、合成生物學(xué)和醫(yī)學(xué)多個(gè)領(lǐng)域,。MIT電子學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的主任Yoel Fink說：“Lu擁有非常不尋常的背景,，沒有多少人能夠做到像他這樣?！?/p> 在本科和碩士階段,，盧冠達(dá)在MIT學(xué)習(xí)了電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)。但是,，他發(fā)現(xiàn),，這些領(lǐng)域的大問題都已經(jīng)被解決了。與此同時(shí),，2003年左右,，合成生物學(xué)正式興起，Lu希望能夠加入這一領(lǐng)域,。因此,，攻讀博士時(shí),，他加入了波士頓大學(xué)合成生物學(xué)家Jim Collins的實(shí)驗(yàn)室。 在那期間,，他開發(fā)了能夠分解生物膜的工程噬菌體,。2009年，他與兩名研究生聯(lián)合創(chuàng)辦了一家生物技術(shù)公司,。公司現(xiàn)名為Sample6,，致力于利用定制的噬菌體檢測(cè)食品污染。 除了橫跨上述3個(gè)學(xué)科,，盧冠達(dá)還在哈佛大學(xué)取得了醫(yī)學(xué)博士學(xué)位,。他說：“我對(duì)改造細(xì)胞來治療疾病非常感興趣，但是我并不了解在臨床中面對(duì)的真正問題,?！?/p> 2010年，MIT聘請(qǐng)盧冠達(dá)作為醫(yī)學(xué)院的教員,。自那時(shí)起,，他的實(shí)驗(yàn)室致力于研究一系列合成生物學(xué)領(lǐng)域的難題?？股啬退幮詥栴}是盧冠達(dá)博士非常感興趣的領(lǐng)域之一,。2013年，他創(chuàng)辦了另一家名為Synlogic的公司,，致力于檢測(cè)工程菌治療感染的能力,。 Fink說：“盧冠達(dá)是合成生物學(xué)領(lǐng)域的一位思想領(lǐng)袖。他的科學(xué)創(chuàng)造力,、對(duì)感興趣問題的追求,，以及與他人協(xié)作的能力幫助他在學(xué)術(shù)和商業(yè)上取得了成功?！?/p> 近年來,，盧冠達(dá)博士帶領(lǐng)的研究小組相繼在Cell、Nature Biotechnology,、Science等頂級(jí)期刊上發(fā)表了多項(xiàng)重要的成果,。值得注意的是，在一些研究成果中,，他將合成生物學(xué)與基因編輯技術(shù)進(jìn)行了完美的融合,。 今年6月，他在Cell子刊Trends in Biotechnology雜志上發(fā)表了題為“Engineering Synthetic Gene Circuits in Living Cells with CRISPR Technology”的綜述文章,，探討了如何活細(xì)胞中利用CRISPR技術(shù)構(gòu)建工程合成基因回路,。[文獻(xiàn)] 【附】盧冠達(dá)博士近期發(fā)表的部分研究成果： 1.Synthetic biology and microbioreactor platforms for programmable production of biologics at the point-of-care. Nature Communications（2016年7月29日） 2.Synthetic recombinase-based state machines in living cells. Science(2016年7月22日) 3.Multiplexed barcoded CRISPR-Cas9 screening enabled by CombiGEM .PNAS（2016年3月1日） 4. Putting Non-coding RNA on Display with CRISPR . Molecular Cell.（2015年7月16日） 5.Massively parallel high-order combinatorial genetics in human cells. Nature Biotechnology(2015年8月17日) 參考資料： Recording analog memories in human cells 可能感興趣的： Science：“魔剪”CRISPR又立一功，這次跟腹瀉有關(guān),！ 張鋒,、莊小威“現(xiàn)身”同1篇CRISPR論文，近期各1篇Cell |
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