中国科学家首次实现鸡冷冻卵巢组织活体复原

中国科学家首次实现鸡冷冻卵巢组织活体复原 成果负责人、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所蛋鸡遗传育种创新团队资深首席陈继兰研究员介绍，遗传材料的冷冻保存与复苏是实现畜禽遗传资源长期安全保护的重要保障，在过去，由于家禽的繁殖特性和遗传材料的低温生物学特性，冷冻保存与复苏技术一直是难点，长期制约我国家禽遗传资源的高效保存。本成果在国家“十四五”重点研发计划“农业单胃动物和水产生物珍稀濒危种质资源的抢救性保护”项目的支持下，项目主持单位中国农业科学院北京畜牧兽医研究所蛋鸡遗传育种创新团队，利用玻璃化冷冻保存技术成功冻存了横斑洛克鸡雏鸡（供体）卵巢组织，解冻复苏后原位移植到白来航鸡（受体）卵巢并发生组织融合。随着受体性成熟，受体可同时产生由供体卵巢组织中卵原干细胞分化形成的卵子以及受体来源的卵子，进行人工授精供体品种横斑洛克公鸡来源的精液，受体白来航母鸡有一定概率可以产生供体精卵结合产生的雏鸡（外观为横斑洛克黑羽），从而实现通过冻存卵巢的移植进行活体复原。据悉，该团队前期在国内率先突破鸡精液冷冻保存技术，已成功应用于国家家养动物种质资源库收集保存了30余个珍稀濒危鸡遗传资源，为我国家禽资源保护创新迈出了关键一步。“由于家禽雌性是异配性别，该卵巢冷冻和原位移植技术的成功，突破了单性别冷冻保存精子难以保存完整基因组的难题，后续将对复原个体开展评估，并进一步研究复原效率提升方案。此次试验成功，标志着我国可以通过精液和卵巢组织遗传材料的冷冻保存，实现鸡种质资源跨越时空的活体复原，对我国鸡遗传资源长期有效保存、濒危资源的抢救性保护具有里程碑意义。”陈继兰说。 ... PC版： 手机版：

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入 以CRISPR基因编辑技术为代表的技术进步实现了基因组单碱基和短序列尺度的精准编辑，基本解决了基因组精准编辑的挑战。然而，如何针对应用场景的需求，实现大片段DNA在基因组的高效精准整合，仍然是整个基因工程领域亟需突破的难题。该技术的突破意味着可以通过外源功能基因的精准写入，来干预多种不同位点基因突变导致的单基因遗传缺陷等疾病，从而开发更为通用的基因与细胞疗法，具有广泛的应用前景。针对这一重大技术挑战，多种基因写入技术已被开发，如CRISPR核酸酶介导的同源重组或非同源末端连接技术等，但是这些技术都依赖于DNA模板作为基因写入的供体（donor）。在实际医学应用中，DNA供体面临免疫原性高、在体（in vivo）递送困难、在基因组中具有随机整合风险等诸多挑战。相比之下，RNA供体具有免疫原性低、可被非病毒载体（例如LNP）有效递送、在细胞内迅速降解，无随机整合风险等特点，能有效应对DNA供体所面临的挑战。因此，以RNA为供体的大片段精准写入技术，在安全性、可递送性方面都具有显著的优势。然而，现有以RNA为供体的技术，要么无法实现>200 bp的DNA片段高效整合（如引导编辑等），要么依靠基因组随机整合从而带来基因组随机突变风险（如逆转录病毒等）。是否能够以RNA作为供体，实现功能基因尺度的大片段DNA基因组精准定点整合？仍然是基因工程领域面临的挑战。2024年7月8日，Cell杂志以长文形式在线发表了中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院李伟研究员与周琪研究员团队合作完成的题为All-RNA-mediated Targeted Gene Integration in Mammalian Cells with Rationally Engineered R2 Retrotransposons的研究论文。该研究结合基因组数据挖掘和大分子工程改造等手段，开发了使用RNA供体进行大片段基因精准写入的R2逆转座子工具，能够在多种哺乳动物细胞系、原代细胞中实现大片段基因（>1.5 kb）高效精准的整合，最高效率超过60%，成功实现了全RNA介导的功能基因（DNA）在多种哺乳动物基因组的精准写入，为新一代创新基因疗法的发展提供了基础。作为基因组进化的源动力之一，转座子可以通过在不同基因组间的"跳跃"，实现自我的复制与扩增。其中，以RNA作为媒介的R2逆转座子的"跳跃"机制与以RNA作为供体的基因写入工具的开发思路不谋而合。同时，该类逆转座子天然倾向于整合在真核生物固定的28S rDNA基因组位点，这一位点在人基因组中拷贝数目多（约219个），且远离蛋白编码基因，是适合于外源基因整合的安全港位点（"safe harbor"loci）。因此，R2逆转座子是以RNA为供体的大片段基因写入工具开发的有力的候选者。然而，尽管R2逆转座子早在上世纪80年代就被发现，其在哺乳动物细胞中的功能性质尚未被系统性地探索，迄今为止，未能被利用来在哺乳动物细胞中实现大片段功能基因的有效整合。在本研究中，研究团队首先通过数据挖掘，全面系统地分析了自然界中R2逆转座子元件的生物多样性；通过构建基于RNA供体的基因写入的报告体系，成功筛选出在哺乳动物细胞中具有完整GFP功能基因整合活性的R2Tg系统（来源于一种鸟Taeniopygia guttata 的基因组）。随后，研究团队针对R2Tg系统发挥功能所必需的两个关键组分：R2蛋白质以及供体RNA，进行了系统性的功能探索与工程化改造，最终获得了在人细胞系中基因整合效率超过20%的en-R2Tg工具。系统的工程化改造获得en-R2Tg工具由于R2蛋白质可以通过mRNA表达，且供体RNA本身也是RNA，那么，en-R2Tg工具能否以全RNA形式介导的基因的高效精准写入？为了探究这一点，研究人员通过体外合成获得了编码R2蛋白质mRNA以及供体RNA，并使用脂质体递送的方式将两条mRNA导入人的细胞中。结果显示，en-R2Tg工具能够高效整合多个与疾病治疗相关基因，且这些基因能够有效表达功能蛋白。能够以全RNA的形式发挥功能，意味着en-R2Tg工具可以使用安全性已经在临床上得到证明的LNP纳米材料来进行递送，这将有可能解决长久以来基因写入工具依赖病毒载体进行高效递送的难题。研究团队发现，使用LNP递送en-R2Tg工具在人的肝脏细胞系中能够实现25%的基因整合效率。此外，研究团队还证明R2工具在人类原代细胞中同样具有活性；同时，通过显微注射将en-R2Tg工具导入小鼠胚胎，成功实现了超过60%的GFP基因定点整合效率。本研究的另一关键点在于，工程化改造的en-R2Tg工具是否还保留有天然R2逆转座子的28S rDNA位点特异性整合这一性质？为了回答这一问题，研究人员结合无偏好的基因整合富集高通量测序以及全基因组三代测序方法，发现en-R2Tg工具在全基因组范围内展现了极高的基因整合特异性，大于99%的外源基因都精准整合到28S rDNA安全港位点。同时，结合qRT-PCR以及RNA-Seq实验，研究人员发现en-R2Tg工具对细胞的转录组状态几乎没有影响。这说明 en-R2Tg 介导的基因写入是位点精准特异的，可以有效避免逆转录病毒等技术所产生的基因随机整合导致的基因突变风险。综上，该研究基于自然界存在的R2逆转座系统，结合数据分析和工程化改造方法，成功开发了全RNA介导的、高效精准的基因写入技术，首次在多种人和小鼠细胞系及原代细胞中实现了功能基因的定点整合。R2基因精准写入工具在递送和安全性方面具有显著优势，未来有望基于此工具开发在体功能基因回补写入以及在体生成CAR-T细胞等全新的疾病治疗方法。值得注意的是，R2基因写入技术目前无法实现在不同基因组位点的可编程写入，且在人原代细胞中的基因写入效率较低，因此未来需要进一步发展和优化。开发全RNA介导的、高效精准的哺乳动物细胞大片段功能基因写入工具该研究由中国科学院动物研究所与北京干细胞与再生医学研究院合作完成，中国科学院动物研究所博士后陈阳灿、博士生骆胜球、博士后胡艳萍、博士生毛邦炜、王鑫阁与卢宗宝为本研究共同第一作者，中国科学院动物研究所李伟研究员与周琪研究员为共同通讯作者。该研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、北京市自然科学基金等的大力支持。 ... PC版： 手机版：

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革 等离子体是科技界一场名副其实的革命。以前，要在手机等电子设备使用的硅板上雕刻电路，必须使用污染环境的化学产品。现在，使用等离子体可以更干净、更精确地完成这项工作，而且可以使缝隙越来越小，设备也随之越来越小。但等离子体也有其他应用，例如水处理。科尔多瓦大学的 FQM-136 等离子体物理学小组和 FQM-346 有机催化和纳米结构材料小组合作开展了一项研究，目的是通过应用等离子体促进化学过程来消除水中的污染物。为了解决水体中有机污染物日益增多的问题，例如水体中的染料和其他来自农业和工业活动的化合物会破坏生态系统的稳定，这些研究人员选择了等离子体的应用。研究人员弗朗西斯科-罗梅罗（Francisco J. Romero）、胡安-阿马罗（Juan Amaro）和玛丽亚-加西亚（Maria C García）。资料来源：科尔多瓦大学水净化方面的突破2017 年，研究团队首次证明，由向空气开放的微波诱导的氩等离子体在作用于水时，会在水中产生含氧和氮的活性物种（如羟基自由基、过氧化氢、氮自由基），能够消除水的污染。现在，研究人员胡安-阿马罗-加赫特、弗朗西斯科-J-罗梅罗-萨尔盖罗和玛丽亚-C-加西亚已经成功设计出了这种等离子体的反应器，并大大增加了水中产生的这些活性物质的数量，从而可以在短短几分钟内破坏高浓度染料（这里指亚甲基蓝）。这是通过改变 surfatron 的设计实现的，这种金属装置将微波发生器的能量与等离子体混合，以维持等离子体。玛丽亚-加西亚教授解释说："我们所做的是在石英放电管中放入一小块硅，这样就能产生不同的等离子体，这种等离子体不是丝状的，在与水作用时能更有效地产生活性物种。上述等离子体成分在与水作用时能产生氧化物种，从而降解有机化合物和杀死微生物，这使得该等离子体反应器可用于与水修复相关的应用中。"因此，这种新配置扩大了这类等离子体的适用范围。加西亚教授解释说："这种设计完全改变了表面加速器产生电磁场以产生等离子体的配置，从而使等离子体具有不同的、更有效的特性，同时也消除了破坏等离子体稳定性的丝状化问题（等离子体柱分成许多丝状）。"等离子去污的未来Francisco J. Romero 教授继续说道："在等离子体作用下产生的氧化物具有很强的反应性，可以破坏水中的有机物。要做到这一点，等离子体并不是被引入水中。相反，等离子体是远程作用的，因此在水和等离子体之间有一个空气区，在这个空气区中，由于受激物种与氧气、氮气和水蒸气分子之间的碰撞，发生了许多反应，并产生了扩散到液体中并最终与污染物结合的活性物种"。研究员胡安-阿马罗说："这种新型设计产生的等离子体的去污潜力已经过测试，可以减少水中高浓度的亚甲基蓝染料，在能量方面取得了非常高效的结果，在缩短处理时间的情况下实现了染料的完全消除。"等离子体是一种"第四物质状态"，通过向稳定的气体提供能量并将其转化为电离气体而产生，它几乎适用于所有领域：制造微型芯片、表面消毒、伤口愈合、在眼镜上沉积防反射涂层、提高种子发芽率、回收废物、活化塑料表面以提高涂料附着力，以及无数其他应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印

科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印 一种使用脂肪组织的新型 3D 生物打印方法可以打印分层的活体皮肤和毛囊，有望改善重建手术和毛发生长治疗的效果。 这项专利技术在老鼠身上进行了成功的测试，可以彻底改变治疗皮肤损伤和增强美容手术的方法。该团队的研究结果发表在《生物活性材料》上。 美国专利商标局于二月份授予该团队一项在本研究中开发和使用的生物打印技术的专利。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授易卜拉欣·T·奥兹博拉特 (Ibrahim T. Ozbolat) 表示：“用于纠正因受伤或疾病而造成的面部或头部创伤的重建手术通常并不完美，会导致疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们证明了生物打印的全层皮肤具有在老鼠身上生长毛发的潜力。 这距离实现更自然、更美观的人类头部和面部重建又近了一步。”他领导了开展这项工作的国际合作。虽然科学家之前已经对薄层皮肤进行了 3D 生物打印，但 Ozbolat 和他的团队是第一个在术中打印多个皮肤层（包括最底层或皮下组织）的完整生命系统的。 研究人员表示，术中指的是在手术期间打印组织的能力，这意味着该方法可用于更立即、无缝地修复受损皮肤。 顶层作为可见皮肤的表皮在中间层的支撑下自行形成，因此不需要打印。 皮下组织由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和支撑。宾夕法尼亚州立大学博士后研究员 Miji Yeo 检查 3D 打印机上的生物墨盒，该打印机专为术中打印皮肤层而开发。 图片来源：米歇尔·比克斯比/宾夕法尼亚州立大学“皮下组织直接参与干细胞变成脂肪的过程，”奥兹博拉特说。 “这个过程对于包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。 它还在毛囊循环中发挥作用，特别是促进头发生长。”皮肤生物打印的突破研究人员首先从宾夕法尼亚州立大学健康米尔顿·赫尔希医疗中心接受手术的患者身上获取人体脂肪或脂肪组织。 合作者迪诺·J·拉夫尼克 (Dino J. Ravnic) 是宾夕法尼亚州立大学医学院整形外科系的外科副教授，他带领他的实验室获得了用于提取细胞外基质的脂肪细胞外基质是分子和蛋白质的网络，为细胞提供结构和稳定性。 组织制造生物墨水的一种成分。Ravnic 的团队还从脂肪组织中获得了干细胞，如果提供正确的环境，干细胞有可能成熟为几种不同的细胞类型，从而制造另一种生物墨水成分。 每个组件都被加载到生物打印机的三个隔室之一中。 第三个隔室充满了凝血溶液，有助于其他成分正确地结合到受伤部位。“这三个隔室使我们能够在精确控制下共同打印基质-纤维蛋白原混合物和干细胞，”Ozbolat 说。 “我们直接打印到损伤部位，目标是形成皮下组织，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。”他们获得了皮下组织和真皮层，表皮在两周内自行形成。“我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同传递对于皮下组织的形成至关重要，”Ozbolat 说。 “它不能仅对细胞或基质有效地起作用它必须同时起作用。”他们还发现皮下组织含有向下生长，这是早期毛囊形成的初始阶段。 研究人员表示，虽然脂肪细胞不直接参与毛囊的细胞结构，但它们参与毛囊的调节和维护。“在我们的实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，以更有利于向下生长的形成，”奥兹博拉特说。 “我们正在努力推进这一目标，以控制密度、方向性和生长的方式使毛囊成熟。”奥兹博拉特表示，在创伤的受伤或患病部位精确生长毛发的能力可能会限制自然重建手术的表现。 他说这项工作提供了一条“充满希望的前进道路”，特别是与他实验室的其他项目相结合，包括打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素沉着。“我们相信这可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术它可能会带来更加美观的结果，”奥兹博拉特说。“凭借全自动生物打印能力和临床级兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响。”编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜

科学家破解140年前南极巨型海蜘蛛繁殖之谜 夏威夷大学马诺阿分校的研究人员对南极洲巨型海蜘蛛的繁殖行为有了重大发现，揭示了巨型海蜘蛛的发育过程，并为更广泛的海洋生态系统提供了启示。这项研究涉及在冰下观察交配行为和卵的发育，标志着在了解这些以"极地巨人"著称的生物方面取得了突破性进展，并对全球海洋生物学产生了影响。资料来源：R. Robbins海蜘蛛，或称pycnogonids，是在全球海洋栖息地发现的一类类似蜘蛛的无脊椎动物。大多数物种比指甲还小，但一些南极物种的腿展（一条腿的顶端到另一条腿的顶端）超过一英尺。这些动物是"极地巨人症"的一个著名例子。"极地巨人症"是指极地地区（如北极和南极）的某些生物比气候温暖地区的同类长得大得多的现象。""在大多数海蜘蛛中，父母中的雄性会在婴儿发育期间抱着它们四处走动来照顾它们，"马诺阿大学生命科学学院教授兼首席研究员艾米-莫兰（Amy Moran）说。"奇怪的是，尽管描述和研究可以追溯到140多年前，但从来没有人见过南极巨型海蜘蛛育雏，也不知道它们的发育情况。"莫兰的实验室研究极地巨型动物已有十多年。2021 年 10 月，莫兰和生命科学学院博士生亚伦-托（Aaron Toh）和格雷厄姆-洛贝特（Graham Lobert）等人组成的研究小组在南极洲进行实地考察时，发现了一个突破性的发现。他们潜入冰下，用手收集了似乎正在交配的巨型海蜘蛛群，并将它们运送到水箱中进行观察。左起：Graham Lobert、Aaron Toh 和 Amy Moran。图片来源：马诺阿大学令他们惊讶的是，两个不同的交配群体产下了数千枚小卵。父母中的一方（很可能是父亲）没有像大多数海蜘蛛那样带着孩子直到孵化，而是花了两天时间将卵附着在岩石底部，让它们在那里发育数月，然后孵化成小幼虫。研究人员的发现发表在2024年2月的《生态学》上。Toh说："我们非常幸运能够看到这一切。有机会在南极洲直接与这些神奇的动物一起工作，意味着我们可以学到一些从未有人想到过的东西"。产卵后几周内，卵上长满了微型藻类，提供了完美的伪装。洛贝特说："即使我们知道卵在那里，我们也几乎看不到它们，这可能就是研究人员以前从未见过这种情况的原因。"莫兰在一次研究潜水中，捡到一只大海蜘蛛。资料来源：R. Robbins英国南极调查局的著名南极生物学家劳埃德-佩克（Lloyd Peck）没有参与这项研究，他说："南极海洋物种的一般生态学和繁殖生物学仍然是一个未知数，我们只掌握了少数物种的数据，因此，像这样的论文对于揭示动物在世界海洋中研究最少的地区之一是如何运作的，具有相当重要的意义。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：