杨璐菡研究进展杨璐菡的人物介绍

杨璐菡的人物介绍

杨璐菡，一位在科技医疗领域闪耀的明星。她因开创性地利用CRISPR-Cas9技术修改细胞基因组，并领导eGenesis而备受瞩目，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。杨璐菡的学术旅程从北京大学的本科开始，之后赴哈佛大学攻读硕士，并在那里担任助教。目前，她正在哈佛大学从事博士后研究工作。她的成就令人瞩目，预示着她将在未来继续引领科技医疗领域的创新。

福布斯排行榜的科技女性风采

福布斯排行榜中的科技女性是科技创新的佼佼者。这些女性在各自的领域里表现出色，是科技领域的领军人物。其中，杨璐菡是启函生物的创始人，她的创新精神和领导力让人钦佩。如安文琪、成森平、程君侠等，都在各自的岗位上展现了出色的才能和领导力。她们是科技领域的明星，也是其他女性科技人才的榜样。

基因编辑技术：CRISPR/Cas9及其在医学领域的应用

基因编辑技术是一种强大的工具，它允许我们改变生物体的基因。第三代基因技术CRISPR/Cas9是这一领域的最新进展，克服了传统基因操作的许多缺点。CRISPR/Cas9能够准确地进行RNA导向的DNA识别，为基因治疗、遗传疾病研究等领域提供了强大的工具。在医学领域，基因编辑技术的应用前景广阔，包括治疗遗传性疾病、癌症研究、药物研发等。

人类目前在生物圈研究领域的成就

人类在生物圈研究领域取得了许多令人瞩目的成就。从基因组学到合成生物学，从疾病治疗到生态保护，都取得了重大进展。尤其是基因编辑技术的发展，让我们能够更深入地了解生物体的基因并对其进行操作。人类在生物制药、生物技术、生物信息学等领域也取得了重要突破。这些成就不仅为我们提供了更好的生活方式，也为未来的科技发展奠定了基础。

这些科技女性在科技领域取得了令人瞩目的成就，她们的创新精神和领导力值得我们学习。基因编辑技术的发展和医学领域的应用也为我们提供了更广阔的研究和治疗前景。一、磨砺CRISPR利器，助推科学突破

CRISPR/Cas9技术的出现，为科研人员打开了一扇全新的大门。这一基因编辑技术以其操作简便、成本低廉、高效率的特点，迅速成为炙手可热的科研工具，广泛应用于模式生物研究、医疗、植物作物以及农业畜牧等领域。让我们深入了解这一技术的核心应用。

在早期，科研人员主要依赖同源重组（HR）介导的基因打靶技术实现基因编辑，但效率过低，极大地限制了其应用。为了克服这一难题，科研人员开发出了一系列核酸内切酶介导的基因技术。锌指核酸内切酶（ZFNs）和类转录激活因子效应物核酸酶（TALENs）便是其中的代表。它们因种种原因，应用受限。

CRISPR/Cas9系统的出现，为科研人员提供了一种新的选择。通过设计特定的single guide RNA（sgRNA），引导Cas9蛋白靶向特定DNA序列，实现基因组的精确编辑。这一过程高效且成本低廉，为科研工作者提供了极大的便利。

二、神奇的dCas9多功能工具包：CRISPR技术的更多可能

随着对Cas9研究的深入，人们逐渐明确了其发挥功能的结构基础。当Cas9的RuvC和HNH两个结构域同时失活时，便产生了失去DNA切割活性的dCas9蛋白。虽然dCas9失去了切割DNA的能力，但它依旧可以在sgRNA的引导下到达指定的DNA序列处。

基于这一特性，科研人员开发出了基于CRISPR/dCas9的工具包，利用其多功能性完成不同的基因修饰。例如，针对目标基因的启动子序列设计sgRNA，使得sgRNA–dCas9复合体结合到目标基因的启动子上，干扰转录因子的结合，从而干扰基因表达。

除了干扰基因表达，还可以通过CRISPR/dCas9实现基因的内源性激活。通过向dCas9上融合促进基因转录的结构域，如vp64、p65AD等，实现基因表达的激活。这些工具的建立，为科研人员在进行基因功能研究等工作时提供了更为简单、高效且低成本的研究工具。

CRISPR/Cas9技术的出现及其不断的研发进步，为科研工作者提供了强大的工具，推动了科学的快速发展。无论是基因编辑还是基因功能研究，这一技术都展现出了巨大的潜力。随着科研人员的不断探索和创新，CRISPR技术将在未来为科学界带来更多的惊喜和突破。精准表观遗传修饰：CRISPR技术的全新应用与突破

近年来，表观遗传领域的研究热度持续升温，DNA甲基化、组蛋白乙酰化等生物学功能日益受到关注。在这一背景下，CRISPR/dCas9技术成为科研人员手中的强大工具，其在表观遗传研究中的应用展现出了巨大的潜力。

我们知道，DNA甲基化过程中，DNA甲基转移酶（DNMTs）扮演着关键角色，大部分DNA甲基化都发生在CpG岛。为了实现对DNA甲基化的精准调控，研究人员创新地将DNMTs的催化结构域与dCas9融合，形成dCas9-Dnmt3a3L。通过sgRNA的引导，这一融合蛋白能够靶向目标DNA序列的CpG附近，催化其甲基化，从而实现DNA甲基化的定点修饰。

去甲基化过程同样如此，研究人员将TET1蛋白的催化结构域融合到dCas9上，形成dCas9-TET1，通过sgRNA引导实现去甲基化修饰。除此之外，CRISPR/dCas9还被广泛应用于靶向组蛋白修饰。与靶向DNA甲基化修饰相似，科研人员将组蛋白修饰相关的酶融合到dCas9蛋白上，如组蛋白去甲基化酶、组蛋白乙酰转移酶以及组蛋白甲基转移酶等，以实现靶向组蛋白的精准修饰。

除了上述应用外，CRISPR/dCas9技术在其他领域也展现出了巨大的潜力。例如，通过将EGFP融合到dCas9上，通过sgRNA靶向特定DNA序列，实现基因组成像。基于CRISPR/dCas9的enChIP技术被用于探测特定基因组区域上的DNA-蛋白质相互作用，极大地推动了生命科学的快速发展。

在基因及药物靶标基因的确定方面，CRISPR技术相较于传统的ZFN或TALENs基因组技术具有显著的优势。只需针对不同的靶序列合成相应的80nt左右的sgRNA来引导Cas9蛋白进行修饰，实现了基因技术的高通量应用。这一技术的全基因组筛选被广泛应用于必需基因及药物靶标基因的鉴定。

疾病建模及器官供体产生方面，CRISPR/Cas9技术的应用同样具有巨大的价值。基因治疗能够纠正遗传缺陷，并结合其他生物学技术在体外培育出组织特异性的“类器官”，这对于疾病建模、药物筛选及临床治疗等领域研究有着极大意义。该技术还可应用于大型动物的基因研究，为解决异种移植器官来源的瓶颈提供了新思路。

在基因疗法方面，CRISPR技术的出色表现更是令人瞩目。通过准确地改造人类基因，达到基因治疗效果。中国科学院的研究团队成功利用CRISPR/Cas9纠正了白内障小鼠模型中的遗传缺陷，产生的后代不仅能够传递修正后的等位基因，还为基因疗法的发展带来了新希望。

介绍CRISPR技术：引领医学新时代

杜氏肌营养不良（DMD）是一种罕见的肌肉萎缩症，也是最常见的致命性遗传病之一。最近，杜克大学的Charles Gersbach研究组取得重大突破：他们利用CRISPR/Cas9技术成功治愈了一只成年活体哺乳动物的遗传疾病。这是生物学领域的一大里程碑。

与此基因技术联合免疫疗法在肿瘤及HIV/AIDS治疗领域展现出广泛的应用前景。其中，嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已成为极具潜力的肿瘤治疗方法。中科院动物研究所的王皓毅研究组及美国斯隆凯特林癌症纪念中心的Michel Sadelain研究组都在此领域取得了显著进展。他们利用CRISPR/Cas9技术在CAR-T细胞中进行基因敲除，极大增强了T细胞的效力。

在致病菌及抗病毒研究方面，CRISPR/Cas9技术同样大放异彩。北卡罗来纳大学的Rodolphe Barrangou与Chase L. Beisel合作使用此技术靶向并区分高度密切相关的微生物，程序性去除细菌菌株。以色列特拉维夫大学的Udi Qimron则将CRISPR系统导入温和噬菌体中，以消灭具有抗生素抗性的细菌。弗吉尼亚理工大学的Zhijian Tu研究组利用CRISPR技术实现蚊子性别分离，有效减少蚊子的数量，进而降低寨卡病毒及疟疾等传播风险。

在治疗方面，CRISPR技术不仅可以应用于根除共生菌或有益菌群的病原体，也可应用于靶向人类病毒，包括HIV-1、疱疹病毒等。例如，加利福尼亚大学的Yuet Wai Kan研究组利用CRISPR系统在iPSC中引入纯合CCR5Δ32突变，使诱导分化后的细胞对HIV感染具有抗性。天普大学的Kamel Khalili课题组则精确靶向HIV-1 LTR U3区，旨在从基因组中剔除艾滋病病毒。

在核酸诊断及细胞事件记录领域，CRISPR技术同样展现出巨大潜力。加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna研究组开发的基因侦探（DETECTR）技术，能在DNA样品中检测HPV16和HPV18等致癌性病毒。这一技术基于CRISPR家族的Cas12a核酸内切酶，通过剪切DNA实现疾病的诊断。

CRISPR技术已成为现代生物学领域的明星技术，其在遗传病治疗、肿瘤免疫治疗、致病菌及抗病毒研究、核酸诊断等领域的应用前景广阔。我们期待着这一技术为人类健康带来更多的福音。我们将看到CRISPR技术的不断进步与应用。布罗德研究所的Feng Zhang研究组开发了名为SHERLOCK的第二代CRISPR工具，这一技术利用了Cas13a的特性，能够在不干扰靶序列的情况下切割其他RNA，从而实现对多重核酸的一次性检测。其高灵敏度和简便的操作方式已被成功应用于检测RNA病毒和人体液样本。与此Broad研究所的David R. Liu研究组则利用CRISPR/Cas9开发了一种名为CAMERA的系统，这是一个能够记录细胞事件的“黑匣子”。这套技术可以精确记录细胞在面对外来刺激时的反应，为深入了解细胞生命活动提供了强大的工具。

在基因编辑领域，CRISPR技术也展现出了巨大的潜力。人类胚胎基因组的编辑就是一个显著的例子。黄军利用CRISPR/Cas9技术在胚胎中修复了引发地中海贫血的β-globin gene突变。范勇团队尝试在受精卵中引入CCR5Δ32纯合突变，尽管当时存在脱靶效率问题，但这一尝试为基因治疗提供了新的可能。俄勒冈健康与科学大学胚胎细胞和基因治疗中心的Shoukhrat Mitalipov研究组则成功应用CRISPR技术纠正了可能导致心肌肥厚的MYBPC3基因突变。

接下来让我们更深入地了解CRISPR/Cas9系统的历史与发展。CRISPR/Cas系统是细菌和古菌的天然防御系统，用于抵抗病毒或外源性质粒的侵害。当外源基因入侵时，CRISPR序列会表达与入侵基因组序列相识别的RNA，然后CRISPR相关酶在序列识别处切割外源基因组DNA，从而达到防御的目的。目前主要使用的是结构简单的Ⅱ型CRISPR/Cas9系统。

基因技术已经历了三代的发展：第一代是ZFN，第二代是TELEN，第三代就是我们现在重点关注的CRISPR/Cas。在DNA修复机制中，NHEJ（非同源性末端接合）和HDR（基于同源重组的修复）是最主要的两种修复方式。基因编辑技术就是利用这些修复机制来对特定基因进行编辑和修正。

CRISPR技术的崛起是生命科学领域的一大亮点。它不仅为疾病治疗提供了新的可能，也为科学家们深入了解生命的奥秘提供了强大的工具。随着科学家们的不断努力和探索，我们有理由相信CRISPR技术将在未来带来更多的突破和惊喜。同源重组修复（HDR）概述

当细胞核内存在与损伤DNA同源的DNA片段时，同源重组修复（HDR）机制得以启动。相较于非同源末端连接（NHEJ）修复机制，HDR的活性较低，但精确性更高，能减少移码突变的风险。这正是基因修复过程中精妙的一环（如图1所示）。

一、基因编辑工具的识别切割机制

1. ZFN的识别切割机制：融合锌指模块和FokI切割结构域形成ZFN。它以二聚体的形式靶向切割每个锌指结构，特异识别三个碱基。通过组装多个锌指结构，形成的ZFN对可以特异切割基因组靶点（如图2所示）。

图2：ZFN基因原理图

2. TALEN的识别切割机制：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（如图3所示）。

图3：TALEN基因原理图

3. CRISPR/Cas9的识别切割机制：crRNA通过与tracrRNA结合形成tracrRNA/crRNA复合物，此复合物引导核酸酶Cas9蛋白在与crRNA配对的序列靶位点剪切双链DNA（如图4所示）。

图4：CRISPR/Cas9基因原理图

关于ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9的比较，如图5所示。

二、CRISPR/Cas技术的介绍

CRISPR/Cas9系统的发现：1987年，科学家在大肠杆菌的基因组中首次发现了CRISPR序列。随后，这一特殊序列在其他细菌和古菌中也被发现。经过多年的研究，人们逐渐了解了CRISPR/Cas系统的分子机制。当病毒入侵时，细菌会利用CRISPR序列和Cas蛋白进行防御，保护自身免受入侵。CRISPR/Cas9系统因其高效性，在基因编辑领域具有广泛的应用前景。近年来，CRISPR/Cas9技术给生命科学领域带来了巨大冲击，相关研究成果频频登上顶级期刊，成为诺贝尔奖热门候选。

CRISPR/Cas技术的原理：基于简明的碱基互补设计原则，CRISPR/Cas9系统通过crRNA和tracrRNA的结合，引导Cas9蛋白对DNA进行定点切割。这一技术设计简单，识别精确，能靶向几乎任意细胞任意序列，且切割效率高。近年来，随着技术的不断发展，CRISPR/Cas9系统在基因治疗、基因编辑等领域的应用前景广阔。

以上就是关于HDR（同源重组修复）和CRISPR/Cas技术的详细介绍。希望通过生动的语言和丰富的文体，你能对这两个主题有更深入的理解。三、CRISPR/Cas的脱靶效应

在CRISPR/Cas9系统中，PAM（Protospacer adjacent motif，前间区序列邻近基序）序列区是其行使切割功能的基本条件。如果目标序列的3′端缺乏PAM序列，即便该序列与sgRNA完全匹配，Cas9蛋白也不会进行切割。PAM序列对CRISPR/Cas9的DNA切割效率具有关键影响。在细胞层面上，NGG介导的切割效率是最高的。

sgRNA（Single guide RNA，向导RNA）是CRISPR/Cas系统中的重要组成部分。其20nt序列区决定了系统的靶向特异性。研究表明，CRISPR/Cas9对靶位点的识别主要依赖于sgRNA与靠近PAM区的10~12bp的碱基配对。尽管远离PAM序列的8~10bp碱基错配对靶位点识别的影响并不明显，但研究表明，靠近PAM的8~14bp序列可能是决定特异性的关键。

经过一系列的研究和改进，CRISPR系统的脱靶性已经大大降低。要想达到理想状态虽然仍有很长的路要走，但随着技术的不断进步，我们对CRISPR/Cas系统的理解和应用将越来越深入。

四、CRISPR/Cas技术的进展

近年来，CRISPR/Cas技术在多个领域取得了显著进展。

2016年6月，张锋在《Science》杂志发表文章，发现了CRISPR/Cas13a能够切割细菌的特定RNA序列的能力。同年9月，Jennifer Doudna在《Nature》杂志证实CRISPR/Cas13a在RNA检测中的应用潜力。

在CAR-T疗法方面，美国纪念斯隆·凯特林癌症中心（MSK）的研究人员在2017年2月22日在《Nature》杂志发表文章，介绍了使用腺相关病毒（AAV）介导的CRISPR/Cas9基因技术应用于CAR-T疗法的新突破。该研究不仅解决了传统CAR-T疗法的潜在危害，还显著降低了CAR-T细胞分化或癌化的风险，为CAR-T技术带来了高效性、稳定性、安全性方面的全新突破。

在遗传病治疗方面，Shoukhrat Mitalipov在2017年8月于《Nature》发表长文，通过使用CRISPR/Cas9技术成功修正了植入子宫前的人类胚胎中的一种与遗传性心脏病有关的变异。该研究证实了通过人类胚胎进行治疗遗传病的可行性，尽管这一成果受到了基因领域专家George Church等人的质疑。

杨璐菡等人在2017年8月于《Science》杂志发表文章，通过CRISPR/Cas9技术成功敲除了猪基因组中的内源逆转录病毒（PERV）序列，并克隆出多只PERV失活小猪。这一研究展示了CRISPR技术在动物克隆和基因编辑方面的巨大潜力。在人类对生物圈研究领域的探索中，我们取得了许多令人瞩目的成就。从克隆技术的突破，到基因编辑技术的飞速发展，再到异种器官移植难题的解决，这些成就不仅展示了人类科技的进步，也为未来的生物医疗、农业、环境保护等领域的发展提供了巨大的潜力。

一、克隆技术的突破

在克隆技术领域，我们成功培育出了世界上首例体细胞克隆猴，这一成就无疑展示了人类对生物科技掌控能力的极大提升。体细胞克隆技术的成功应用，不仅对于生物多样性保护和濒危物种的复苏具有重要意义，同时也为医学研究提供了更为广阔的视野。

二、基因编辑技术的飞速发展

近年来，基因编辑技术如CRISPR/Cas基因技术得到了飞速发展，其在遗传病治疗、疾病基因筛查、肿瘤治疗以及动植物改造等领域展现出了巨大的潜力。特别是CRISPR/Cas9技术的应用，为我们实现了对生物基因组的精准编辑，为许多疾病的治疗提供了新的可能。

三、异种器官移植难题的解决

在器官移植领域，华人团队利用CRISPR-Cas9基因技术成功解决了异种器官移植的难题，这一突破性的研究为那些等待器官移植的患者带来了新的希望。通过基因编辑技术，我们可以实现对猪器官基因组的改造，使其更加适应人体，从而解决器官来源短缺的问题。

除此之外，核移植技术和诱导型多能干细胞技术也是生物科技领域的两大重要技术。它们的发展和应用，为生物医疗、农业、环境保护等领域的发展提供了强大的支持。

展望未来，生物科技领域的发展前景广阔。随着科技的进步，我们有望在未来解决更多生物医疗、农业、环境保护等领域的问题，为人类的健康和生活质量做出更大的贡献。

四、中国科学家开创单倍体体细胞遗传筛选新纪元

单倍体细胞在遗传筛选和转基因动物培育领域具有举足轻重的地位。中国科学院的科学家们成功获得了哺乳动物的单倍体胚胎干细胞，然而面临一项挑战：这些单倍体胚胎干细胞在体外培养和分化过程中会自发转变为二倍体细胞。这一难题引起了中国科学院院士周琪及其研究团队的关注。

通过精密的活细胞观察，他们发现单倍体胚胎干细胞在分裂时发生有丝分裂滑移，导致细胞从中期直接进入间期并因此发生二倍化。经过深入研究，他们确定了CDK1和ROCK通路是调控这一过程的两个关键通路。通过添加特定的ROCK抑制剂，研究团队成功将单倍体胚胎干细胞分化为多个胚层的单倍体体细胞，包括神经干细胞、心肌细胞和胰岛细胞等。这一突破性的研究为建立全新的单倍体体细胞遗传筛选体系铺平了道路。

五、机器人克隆猪诞生，开启新时代

经过两个多月的期待，一份特殊的“亲子鉴定”报告终于揭晓了答案。经过机器人操作的体细胞克隆技术成功诞生了世界首例克隆猪。这13头克隆小猪与提供体细胞的个体存在亲子关系，而与“代孕”母亲并无血缘联系。这一成果标志着生物克隆技术的新里程碑。

与传统的手工操作克隆技术相比，机器人自动化操作的精度更高，对细胞的伤害更小，力度更均匀。关键指标“囊胚率”也从原本的10%提升至20%。这一技术的核心贡献者之一是南开大学机器人所的赵新教授领导的跨学科研究团队。体细胞克隆是改良生物品种的经典方法，此次机器人的成功应用无疑为生物品种改良开辟了新的道路。