点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:高端生物技术源自大自然的“工具箱”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

高端生物技术源自大自然的“工具箱”

来源:科技日报2021-09-15 09:27

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  无论是全新的还是改进的技术,都是现代科学研究及发现背后的驱动力。它们允许科学家比以前更快地完成实验,它们几乎在所有的科学领域发着光。

  生物学的三种高端技术——基因编辑、荧光蛋白和光遗传学,都受到大自然的启发。那些数百万年来一直在为细菌、水母和藻类“服务”的生物分子工具,现在正被广泛用于医学和生物研究。可以说,它们直接或间接地改变着日常人们的生活,甚至生命。

  细菌和它的“防御系统”

  细菌和病毒相互争斗。它们处于不断的生化战争中,争夺稀缺资源。

  细菌武器库中的一个重要装备,就是CRISPR-Cas系统,其由从敌对病毒中随时间收集的短重复DNA组成,与称为Cas的蛋白质配对,该蛋白质可以像使用剪刀一样切割病毒DNA。在自然界中,当细菌受到DNA存储在CRISPR“档案”中的病毒攻击时,CRISPR-Cas系统会追捕、切割、破坏病毒。

  科学家们拾起这一“武器”并用于科学用途,取得了开创性的效果。美国加州大学伯克利分校的生物化学家珍妮弗·道德纳和法国微生物学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷,因开发CRISPR-Cas作为基因编辑技术,而共同获得了2020年诺贝尔化学奖。

  我们知道,人类基因组计划给出了一个几乎完整的基因序列,并为科学家提供了一个模板来对所有其他生物进行测序。然而在CRISPR-Cas出现之前,研究人员没有工具去轻松访问和编辑生物体中的基因。现在,CRISPR-Cas让过去需要耗时数月甚至数年并花费数十万美元的实验室工作,在不到一周的时间内完成,且只需几百美元。

  有超过10000种遗传疾病是由仅发生在一个基因上的突变引起的,即所谓的单基因疾病。它们影响了数百万人,镰状细胞性贫血、囊性纤维化和亨廷顿氏病是这些疾病中最著名的。而它们都是CRISPR治疗手段的主要目标——修复或替换一个有缺陷的基因要简单得多,人们从此不需要纠正多个基因上的错误。

  水母“点亮”微观世界

  维多利亚水母在北太平洋漫无目的地漂流,这种生物没有大脑,没有肛门,也没有毒刺,按说它不太可能引发什么生物技术革命。

  但事实恰恰相反,在它的伞的外围,有大约300个光器官,它们发出绿色的光点,这些光点像是黑暗里闪烁出来的信号一样,改变了科学的进行方式。

  这种生物发光,源于一种称为水母发光蛋白的物质和一种称为绿色荧光蛋白或GFP的荧光分子。在现代生物技术中,GFP就像一个“分子灯泡”,可以与其他蛋白质融合,使研究人员能够追踪它们并查看生物体细胞中蛋白质何时何地生成。

  现在,荧光蛋白技术每天在数以千计的实验室中使用,并因此在2008年和2014年获得了两项诺贝尔奖。科学家们也已经在更多的物种中发现了荧光蛋白。

  而当研究人员创造出表达GFP的转基因COVID-19病毒时,这项技术再次证明了其实用性。当病毒进入呼吸系统并与具有毛发状结构的表面细胞结合时,由此产生的荧光,可以追踪病毒的路径。

  藻类“眼中”的光明与黑暗

  当依赖阳光生长的藻类被放置于黑暗房间里的大型水族箱中时,它们会失去目标地游来游去。但是如果打开一盏灯,藻类就会向光游去。这就是单细胞鞭毛虫,它们其实没有眼睛,但有一个称为眼点的结构,可以区分光明和黑暗。眼点布满了称为通道视紫红质的光敏蛋白。

  在差不多二十年前,研究人员发现,当他们通过基因将这些视紫红质通道蛋白插入任何生物体的神经细胞时,用蓝光照射视紫红质通道蛋白,会导致神经元激活。这是一种被称为光遗传学的技术。当一束精确的蓝光照射在这些神经元上时,视紫红质通道就会打开,钙离子涌入神经元,神经元则被激发。

  使用该工具,科学家可以选择性地重复刺激神经元组,从而更准确地了解要针对哪些神经元来治疗特定的障碍和疾病。现在,光遗传学被认为可能是治疗人类致命脑部疾病(如阿尔茨海默症和帕金森氏症)的关键。

  而且,光遗传学不仅对理解大脑有用。研究人员已在使用该技术来部分逆转失明,并在使用其治疗视网膜色素变性疾病的临床试验中,看到了希望。

  科学家们相信,除以上三种重要技术手段外,大自然的“工具箱”里应还保管着大量未被发现的技术。(张梦然)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 基层一线党旗红丨党员在抗洪救灾一线

  • 辽宁遭遇强降雨 多地转移安置群众

独家策划

推荐阅读
延东煤层气田位于延长县和宜川县境内,是陕西省属企业探明的首个大型深层煤层气田,埋深超2000米,属典型的“自生自储”型深层煤层气藏。
2026-07-15 09:15
中国科学院院士、北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁团队发布了其首创的“化学重编程干细胞”技术的自主实验室应用——智能细胞化学重编程和克隆筛选平台。
2026-07-15 09:15
登记面积达37.7万平方公里,绿水青山有了自己的“户口本”。在生态产品价值实现机制方面,探索建立资源权益指标市场化交易机制、生态保护红线内建设用地腾退指标交易激励机制,实现成本共担、生态效益共享。
2026-07-15 09:14
对于我们抢占科技和产业制高点、牢牢把握发展主动权具有重要意义。发展未来产业,前瞻布局管方向、管长远、管全局,梯度培育管路径、管方法、管落实。
2026-07-15 09:14
在美丽乡村建设过程中,推广绿色生产技术、防治农业面源污染等工作的开展,都离不开专业人才
2026-07-15 09:13
国家气候中心预测,今年主汛期我国气候状况总体偏差,极端天气气候事件偏多,东部地区涝重于旱,有南北两条多雨带,其中北方多雨带位于东北地区、内蒙古东北部、华北、华东北部等地。
2026-07-14 10:27
当前,我国传统产业正向着智能化、绿色化、融合化方向转型,这一过程迫切需要青年技能人才的加入。
2026-07-14 10:23
以生态环境高水平保护支撑经济社会高质量发展,须以绿色化引领数字化,以数字化赋能绿色化。
2026-07-14 10:20
据中国载人航天工程办公室消息,13日,将执行嫦娥七号任务的长征五号遥十四运载火箭安全运抵文昌航天发射场。后续,该火箭将与先期运抵的嫦娥七号探测器一起开展发射场区总装和测试工作。
2026-07-14 09:23
2025年,中国汽车取得了三个“全球第一”:汽车产销全球第一,新能源汽车产销全球第一,汽车出口全球第一——中国汽车,已然领跑全球。
2026-07-14 09:22
“数”“绿”深度融合,推动形成具有良好辐射效应的绿色数字产业集群,实现规模效率变革。“数”“绿”深度融合,提高各创新要素和资源的投入产出比,实现全要素生产率变革。
2026-07-14 09:22
正午时分,天山北坡日头正烈。新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州奇台县老奇台镇二畦村,种植户张国安又下地了。
2026-07-13 10:02
“始终坚持生态优先、绿色发展”,是青海发展的根本遵循。
2026-07-13 10:02
时隔9年,中国超算重返世界第一!不久前举行的国际超算大会上,国家超级计算深圳中心发布新一代“灵晟”超算系统,实测持续性能达到2.19EFLOPS(百亿亿次/秒),成为世界首台持续性能超2EFLOPS的超算系统。
2026-07-13 10:01
广东深圳海滨中学篮球场上,一名青年在运动中突然倒地昏迷,出现心脏骤停,在场的师生迅速使用AED(自动体外除颤器)对青年实施心肺复苏,挽救了青年的生命。
2026-07-13 10:01
习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出,“要站在人与自然和谐共生的高度谋划发展”。生态环境法典将“人与自然和谐共生”从政治宣示转化为法律语言,从价值理念转化为制度规范。
2026-07-13 09:43
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上强调,“十五五”时期是科技强国建设的关键攻坚期。必须抓住历史机遇,迎接时代挑战,加快推进高水平科技自立自强,向着到2035年建成科技强国的目标坚定迈进,扎扎实实以科技创新支撑和引领中国式现代化。
2026-07-10 09:45
围棋长期被视为高度依赖经验、直觉和审美判断的领域,棋手通过棋谱、布局、定式、手筋和长期对局积累对“好棋”的理解。这类进展的意义,不只是“提高实验效率”,更深层的变化在于,它改变了科学发现中“候选对象”生成的方式。
2026-07-10 09:43
丁烈云认为,面向工程难题,要用工程理论支撑技术突破,打通“工程科学—工程技术—产业应用”完整链条,让前沿科技真正服务于社会。针对高端装备制造转型升级痛点,中国工程院院士郭东明系统阐释了高性能制造的全新发展理念。
2026-07-10 09:41
在9日举行的两院院士大会上,我国石油地质与勘探专家邱中建院士荣获第十六届光华工程科技奖成就奖,高性能精密制造专家郭东明院士等39人荣获光华工程科技奖。
2026-07-10 09:40
加载更多