杨璐菡研究进展（杨璐菡的人物介绍）

《杨璐菡与基因编辑技术在医学领域的应用》

杨璐菡，一位在生物科技领域熠熠生辉的领军人物，因其开创性的工作而被福布斯杂志评为2014年30岁以下科学医疗领域领军人物之一。她不仅是启函生物的创始人，更是生命科学的璀璨明星。

让我们更深入地了解杨璐菡所涉猎的领域——基因编辑技术，以及在医学领域中如何应用这一技术。随着基因技术的飞速发展，我们已经迈入第三代基因技术的时代。这一时代的代表技术——CRISPR/Cas系统，克服了传统基因操作的诸多缺点，如周期长、效率低和应用范围狭窄等。

CRISPR/Cas系统，作为一种新型的基因组工具，具有强大的能力，可以完成RNA导向的DNA识别和编辑。在医学领域，这种技术的潜力是巨大的。人类可以利用它精确地修改细胞基因组，为疾病治疗提供全新的途径。例如，通过修正遗传缺陷，我们有可能治疗许多目前无法治愈的疾病。

杨璐菡及其团队的工作并不局限于单一领域。他们领导的eGenesis项目展示了基因编辑技术在生物工程领域的广泛应用。他们在基因编辑技术上的突破和创新为生物圈研究领域带来了新的突破。他们的努力，使我们看到了人类目前在生物圈研究领域的辉煌成就。

与此福布斯排行榜上的其他杰出女性科学家也在各自的领域取得了令人瞩目的成就。她们是生命科学、科技、医药等领域的璀璨明星，她们的贡献对人类的进步产生了深远的影响。

基因编辑技术及其在医学领域的应用，是人类科技进步的重要里程碑。杨璐菡等科学家的努力，使我们看到了这一领域的无限可能。我们期待未来他们能带来更多的创新和突破，为人类的健康和生活带来更多的福祉。CRISPR技术：精准基因编辑的利器

CRISPR技术近年来成为生物科学领域的热门话题，作为一种精准基因编辑工具，其操作简单、成本低、高效率的特点使其广泛应用于模式生物研究、医疗、植物作物、农业畜牧等领域。本文将详细介绍CRISPR技术的原理、应用及其未来发展潜力。

一、磨快CRISPR利器，加快科学发现

CRISPR/Cas9技术的出现，为科研人员提供了无限想象的可能。早期，科研人员通过同源重组（HR）介导的基因打靶技术实现基因编辑，但效率较低，极大地限制了其应用。为了克服这一难题，锌指核酸内切酶（ZFNs）和类转录激活因子效应物核酸酶（TALENs）等基因编辑技术相继问世，但这些技术在效率和成本方面仍有诸多不足。而CRISPR/Cas9系统的出现，为科研人员提供了一种成本低、效率高、简单易用的基因编辑工具。

CRISPR/Cas9技术的基本原理是：通过设计特定的序列特异性向导RNA分子（sgRNA），引导核酸内切酶到靶序列处，完成基因组的精确编辑。这一技术的操作简便、成本低廉，使得其在全球各个实验室中迅速普及。

二、神奇的dCas9多功能工具包

随着对Cas9研究的不断深入，人们逐渐明确了Cas9发挥功能的结构基础。通过对Cas9进行改造，科学家成功开发出失去DNA切割活性的dCas9蛋白。dCas9虽然失去了切割DNA的能力，但依旧可以在sgRNA的引导下到达指定的DNA序列处。这一特性为科研人员提供了更多的可能性。

基于sgRNA–dCas9复合体的特征，科学家们在dCas9上融合不同功能的结构域，形成了基于CRISPR/dCas9的工具包。这些工具包具有多种功能，如干扰基因表达、激活基因表达等。研究人员可以通过针对目标基因的启动子序列设计sgRNA，使得sgRNA–dCas9复合体靶向结合到目标基因的启动子上，从而达到干扰基因表达的效果。通过向dCas9上融合促进基因转录的结构域，如vp64、p65AD等，可以实现基因的内源性激活。

三、CRISPR技术的应用与未来发展潜力

CRISPR技术在基因功能研究、疾病治疗、农业畜牧等领域具有广泛的应用前景。在基因功能研究方面，CRISPR技术可以帮助科研人员快速、准确地研究特定基因的功能。在疾病治疗方面，CRISPR技术可以用于基因治疗和基因编辑，为一些遗传性疾病和难治性疾病的治疗提供新的可能性。在农业畜牧领域，CRISPR技术可以用于植物作物的遗传改良和动物品种的优化。

随着技术的不断发展，CRISPR技术的效率和安全性将不断提高。未来，CRISPR技术有望成为生物科学领域的重要工具，为人类带来更多的福祉。

CRISPR技术作为精准基因编辑的利器，其操作简单、成本低、高效率的特点使其广泛应用于各个领域。随着技术的不断发展，CRISPR技术的潜力将得到进一步挖掘，为人类的科学研究和社会发展带来更多的突破和创新。CRISPR技术的革命性进展：在科研领域的广泛应用与前景展望

随着科技的飞速发展，CRISPR技术作为近年来生物学领域中的新星，正在为科研人员带来前所未有的便捷。其在基因编辑上的精准性和高效性已经让它成为了生命科学研究中的一把利器。今天，我们将深入了解这一技术在多个领域的应用及未来的发展趋势。

在表观遗传研究方面，CRISPR技术已经展现出了强大的潜力。DNA甲基化和组蛋白乙酰化等生物学功能在生物体中发挥着重要作用。CRISPR/dCas9技术在这一领域的应用，使得DNA甲基化和组蛋白修饰的定点调控成为可能。通过将特定的酶融合到dCas9蛋白上，科研人员可以通过sgRNA的引导，实现DNA甲基化和去甲基化的精准调控，推动了对表观遗传机制的深入了解。

CRISPR技术的优势在高通量基因操作方面尤为突出。相较于传统的ZFN或TALENs技术，CRISPR技术只需合成相应的sgRNA来引导Cas9蛋白对序列进行修饰，大大简化了基因操作的复杂性。这一特点使得CRISPR技术在基因及药物靶标基因的确定方面表现出色。多伦多大学的研究组利用CRISPR技术成功鉴定出了大量保守的必需基因，而达纳-法伯癌症研究所的研究组则通过CRISPR技术发现了使癌细胞对PD-1阻断更敏感的基因。这些研究不仅展示了CRISPR技术在基因鉴定方面的潜力，也为药物研发和新疗法的研究提供了重要的线索。

CRISPR技术在疾病建模及器官供体产生方面的应用也备受关注。基因治疗是纠正遗传缺陷、培育组织特异性类器官的关键技术。CRISPR技术的出现使得疾病建模更加便捷和精准。利用这一技术还可以进行大型动物的基因改造，以解决异种移植器官来源的瓶颈问题。例如，通过CRISPR技术关闭猪的内源性逆转录病毒基因，成功培育出安全的异种移植器官来源，为器官移植领域带来了新的希望。

基因疗法作为CRISPR技术的一个重要应用领域，正在为罕见遗传病的治疗带来突破性的进展。中国科学院的研究组已经成功利用CRISPR技术在小鼠模型中纠正了遗传缺陷，展示了基因疗法的巨大潜力。杜氏肌营养不良等罕见遗传病的治疗也在逐步取得突破。这些研究不仅证明了基因疗法的有效性，也为未来更多疾病的治疗提供了新的思路和方法。

杜克大学的Charles Gersbach研究组运用CRISPR/Cas9技术，成功地在DMD小鼠的dystrophin基因中剪切了23外显子并合成了一个功能强大的截短抗肌萎缩蛋白。这一重大突破标志着生物学家们已经成功利用CRISPR基因技术治愈了一只成年活体哺乳动物的遗传疾病。这一成果在生物医学领域引起了极大的关注。

随着科技的进步，CRISPR Therapeutics公司也在开发应用CRISPR/Cas9基因的CAR-T候选产品。在人体试验中，四川大学华西医院的肿瘤医生卢领导的一个团队成功从晚期非小细胞肺癌患者体内提取免疫细胞，并利用CRISPR/Cas9技术剔除细胞中的PD-1基因，使T细胞更能有效地攻击肿瘤细胞。

此工具集多重核酸检测于一身，一次性检测四种靶标分子不在话下。借助Csm6的加持，此工具在灵敏度上超越了前代产品，并已经成功转型为微型试纸条检测方法。其简洁的操作和强大的性能，已被研究人员成功应用于多种RNA病毒检测，包括登革热病毒和寨卡病毒等，甚至人体液样本也不在话下。

Broad研究所的David R. Liu研究组利用CRISPR/Cas9技术，创造了一种名为CAMERA的记录细胞事件的“黑匣子”。这个系统拥有两种细胞记录方式。在“CAMERA 1”中，研究人员巧妙地利用细菌质粒自我复制但又严格控制数量的特性，将两种略有不同的质粒以稳定的比例导入细菌。当遇到外来药物刺激时，CRISPR/Cas9会对其中一种质粒进行切割。通过对质粒进行测序并比较两种质粒的比例变化，可以记录细菌接触外来刺激的时间点。另一种细胞记录方式“CAMERA 2”，则利用CRISPR/Cas9的碱基编辑功能，在细胞内特定信号发生时改变遗传序列中的单个碱基。这一技术为人们了解细胞的各类生命活动提供了全新的视角。

在人类胚胎基因研究方面，CRISPR/Cas9技术也取得了令人瞩目的进展。黄军教授在中山大学利用该技术成功修复了地中海贫血β-globin gene的突变。而在广州医科大学，范勇团队尝试在三原核受精卵中应用CRISPR技术引入CCR5Δ32纯合突变，尽管当时存在脱靶效率问题，但这一尝试为后续研究奠定了基础。俄勒冈健康与科学大学的Shoukhrat Mitalipov研究组则成功应用CRISPR技术纠正了MYBPC3基因的突变，该突变可能导致心肌肥厚甚至年轻运动员的猝死。

谈及CRISPR/Cas系统的历史与发展，这一系统作为细菌和古菌的天然防御机制，用于对抗病毒和外源性质粒的入侵。当遭遇外源基因入侵时，CRISPR序列会生成与入侵基因相识别的RNA，随后由CRISPR相关酶（Cas）在识别处切割外源基因，从而达到防御目的。根据Cas蛋白的特性，CRISPR/Cas系统可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其中Ⅱ型系统因结构简洁、操作简便而备受青睐。

自诞生以来，CRISPR/Cas技术迅速发展，成为生命科学领域最耀眼的技术之一。尤其近两年，全球科学家不断取得新的突破和进展。基因技术的发展历程中，第一代ZFN、第二代TALEN和第三代CRISPR/Cas技术都利用了DNA修复机制。其中NHEJ和HDR是两种主要的DNA修复方式。NHEJ修复机制不依赖模板，修复蛋白直接将断裂的DNA末端接合；而HDR则依赖于同源的DNA片段存在。由于NHEJ的活性较高但易出错，基因技术正是巧妙利用这一点进行精准编辑。一、ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9的基因编辑机制

融合锌指模块和FokI切割结构域形成的ZFN，以二聚体的形式定向切割基因组靶点，能够特异识别三个碱基。通过组装多个锌指结构，可以形成特异切割基因组靶点的ZFN对（图2）。

图2展示了ZFN的基因原理图。而TALEN则是通过两个TALE靶向识别靶点两侧的序列，每个TALE融合一个FokI内切酶结构域，通过TALE靶向形成二聚体切割靶点，设计灵活且识别特异性强（图3）。

图3描绘了TELEN的基因原理图。至于CRISPR/Cas9系统，其工作原理是crRNA通过碱基配对与tracrRNA结合，引导核酸酶Cas9蛋白在配对序列的靶位点剪切双链DNA（图4）。

二、CRISPR/Cas技术的

1. CRISPR/Cas9系统的发现

回溯到1987年，科学家在大肠杆菌的基因组中首次发现了特殊的重复间隔序列——CRISPR序列。随后的研究在其他细菌和古菌中也发现了这一序列的存在。

到了2005年，科学家发现这些CRISPR序列和噬菌体的基因序列有较高的匹配度，暗示CRISPR可能参与了微生物的免疫防御。在分子机制的揭示中，当病毒入侵时，细菌将外源基因的一段序列整合到自身的CRISPR间隔区。当病毒再次入侵时，CRISPR产生的crRNA与病毒基因组的同源序列识别后，介导Cas蛋白结合并切割，从而起到免疫作用。

到了2013年，科学家发现CRISPR/Cas9系统可以高效地用于基因组编辑。自此，CRISPR/Cas9技术对生命科学领域产生了巨大的影响。

2. CRISPR/Cas技术的原理与优势

CRISPR/Cas9系统的工作原理在于其通过crRNA和tracrRNA的结合来引导Cas9蛋白在特定的DNA序列上进行剪切。这一技术的设计简单，识别序列不受基因组甲基化的影响，能够靶向几乎任意细胞的任意序列，且切割效率高。

三、CRISPR/Cas的脱靶效应与PAM序列

脱靶效应是CRISPR/Cas技术中的一个重要问题。而PAM序列是CRISPR/Cas9系统行使切割功能的基本条件。只有靶序列的3′端包含PAM序列时，Cas9蛋白才会切割该序列位点。PAM序列主要影响CRISPR/Cas9的DNA切割效率，不同的PAM序列切割效率有所不同。在细胞水平上，NGG介导的切割效率是最高的。这一发现对于减少脱靶效应和提高基因编辑的精确度具有重要意义。

以上内容深入了ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9的基因编辑机制以及CRISPR/Cas技术的原理、优势和存在的问题，希望能帮助你更好地理解这些基因编辑工具的工作原理和应用前景。sgRNA：CRISPR/Cas系统的核心向导

在基因编辑的世界里，CRISPR/Cas系统的靶向特异性是至关重要的。而决定这一特异性的关键角色就是我们的主角——sgRNA。这种单链RNA分子通过与目标基因组的结合，形成一个特定的序列区域，形成一个精确的向导，引导CRISPR/Cas系统到达目标位置。这一过程中，sgRNA的序列扮演着至关重要的角色。特别是那些靠近PAM区的特定碱基序列，这些序列往往决定着靶向识别的精确性。

CRISPR/Cas系统的应用并不是一帆风顺的。尽管它具有惊人的精准性，但在某些情况下也会发生意想不到的突变现象。就在不久前，关于CRISPR系统在基因编辑中的应用引发了科学界的热烈讨论。在一项备受关注的研究中，科学家们发现使用CRISPR/Cas9修复小鼠失明基因后，小鼠基因组出现了大量突变。这一发现无疑引发了公众对CRISPR系统不确定性的担忧。仔细分析后我们会发现，这一研究的结论并非铁板钉钉。实验样本数量较少，不足以证明这些突变是否普遍存在于所有实验对象中。单碱基突变在生物体内是一个常见的自然现象，不能完全归咎于CRISPR系统本身。我们需要理性看待这一问题，并继续深入研究其原因和解决方案。

尽管存在这样的挑战，CRISPR技术的进展仍然令人瞩目。从CRISPR/Cas系统的初步应用到如今的各种改进和创新，科学家们一直在努力优化和完善这一技术。最近的研究进展表明，CRISPR技术在多个领域都取得了重大突破。例如，科学家已经成功利用CRISPR技术修正了人类胚胎中的遗传变异、成功克隆出基因失活的小猪等。这些成果不仅证明了CRISPR技术的巨大潜力，也为我们提供了更多解决遗传性疾病的可能性。CRISPR技术还在水稻育种等领域取得了重要突破，为解决农作物重金属超标等问题提供了新的思路和方法。科学家们也在不断和发现CRISPR技术的其他应用前景，如基因检测和RNA调控等。这些进展无疑为我们展示了CRISPR技术的广阔前景和无限潜力。随着科学的不断进步和技术的不断完善，我们有理由相信CRISPR技术将为人类带来更多的惊喜和福祉。在科学的不断进步和创新之下，人类已经在生物圈研究领域取得了令人瞩目的成就。特别是在基因编辑技术方面，CRISPR/Cas基因技术成为近年来的重要突破点。特别是在Jennifer Doudna在Nature发表的文章中，她所设计的Cas9变体—HypaCas9，极大地降低了Cas9的脱靶效应，同时并未降低其靶向切割效率，这为基因治疗带来了全新的可能性。

紧接着，张锋在Science杂志发表的文章介绍了CRISPR新系统REPAIR，该系统能够高效进行RNA的单碱基修复，并且不会改变DNA序列。这为遗传疾病的治疗提供了新的思路，使得基因治疗变得更加精细和安全。来自哈佛大学Broad研究所的David Liu实验室报道了一种新型腺嘌呤基因器ecTadA-dCas9，它可以将A·T碱基对转换成G·C碱基对，开创了不依赖DNA断裂的基因技术时代。这种单碱基基因技术超越了其他基因组方法，其低副作用和高效率为治疗点突变遗传疾病提供了便利。

除此之外，华人科学家在克隆技术方面也有重大突破。世界上首例体细胞克隆猴在中国的诞生标志着体细胞克隆技术的重大进步。科学家们采用体细胞核移植技术成功培育出多莉羊，这一技术为动物细胞工程技术提供了有力支持。来自浙江大学等团队的科学家们使用CRISPR-Cas9基因技术解决了异种器官移植的难题，为器官移植领域带来了革命性的进展。核移植技术和诱导型多能干细胞在体细胞重编程方面的应用也取得了重要成果。中国科学家建立了单倍体体细胞遗传筛选体系，为遗传筛选和转基因动物培育提供了新的重要工具。这些成果都在BioArt杂志等权威期刊上得到了发表和认可。

这些生物圈研究领域的重大成就不仅仅是科技的胜利，更是人类智慧和勇气的体现。这些成就不仅在科研领域产生了深远影响，也在医学、农业、环境等领域发挥了重要作用。在未来，随着科技的不断发展，我们有理由相信人类会在生物圈研究领域取得更多的突破性成果，为人类的健康和福祉做出更大的贡献。这些成就也为我们展示了人类社会的无限潜力和可能性，让我们对未来的充满信心。特别是对于那些正在等待科技解决健康问题的患者来说，这些成果为他们带来了希望和新生。通过巧妙地运用ROCK抑制剂，科研人员成功地将单倍体胚胎干细胞分化成了属于三个胚层的单倍体体细胞，展现了生物科技的崭新魅力。这其中，包括了神经干细胞，它们具有无限潜力，可以进一步分化为成熟的神经元和星形胶质细胞；还有心肌细胞与胰岛细胞，这些细胞的诞生为我们打开了治疗某些疾病的新大门。

等待了两个多月后，一份举世瞩目的“亲子鉴定”报告终于出炉。令人振奋的消息传来，世界首例由机器人操作的体细胞克隆猪在天津成功诞生。通过精密的机器人技术，这些克隆小猪与它们的“代孕”母亲并无血缘关系，却与供体细胞保持着紧密的“亲子关系”。

相较于过去依赖手工操作的克隆技术，此次机器人自动化操作的实现无疑是一次重大的突破。机器人的精细操作力度更小，对细胞的伤害减少到了最低程度，操作精度也达到了前所未有的高度。更值得一提的是，体细胞克隆技术的关键指标——囊胚率，也从原本的10%跃升至20%，这无疑为克隆技术的进一步发展铺平了道路。

这一“机器人操作体细胞克隆猪”研究的成功，离不开南开大学机器人所赵新教授领导的跨学科研究团队的辛勤付出。体细胞克隆，作为改良生物品种的经典方法之一，具有巨大的潜力。通过去除普通品种卵母细胞的细胞核，注入优良品种的体细胞，研究人员可以确保获得的后代一定是优良品种，这对于农业、医药等领域都具有重大意义。

随着科技的不断进步，我们期待这一技术能够在未来得到更广泛的应用，为人类的健康与生物品种改良带来更多的可能性。