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

  • “肇兴中国:秦·大一统之路文物考古特展”在上海博物馆东馆启幕

  • 河南小麦大规模机收基本结束

独家策划

推荐阅读
6月9日16时23分,朱雀二号改进型遥六运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空。
2026-06-10 09:57
6月8日,火烈鸟在盐湖湿地嬉戏,成为一道亮丽风景线。
2026-06-10 09:57
日前,长江干线首个“复式航道”在安徽土桥水道和大通水道试运行,预计每日分流200余艘上行浅吃水船舶。
2026-06-10 09:52
近年,智能除锈凝胶与高相容性的新型加固材料的研发与成功应用,分别为脆弱青铜器无损清除锈蚀病害与矿化层加固提供了创新方法。
2026-06-10 09:51
为了让更多患者在关键时刻“用得上、用得起”,一群年轻的航天人坚定踏上了国产ECMO攻关之路。
2026-06-10 09:48
作为长江、黄河、澜沧江发源地,青海多年来持续推进三江源水生生物资源保护修复,持续巩固青海省高原河湖生态屏障。据悉,此次大批量土著鱼苗放流,进一步充实了黄河上游鱼类资源储备,对修复河道生物群落、改善水域生态环境具有积极作用。
2026-06-09 09:57
记者从自然资源部中国地质调查局获悉,“海洋地质六号”船近日完成深海地质调查第16航次科考任务,在深海地质环境调查、海洋探测关键技术装备研发应用等方面取得多项成果。
2026-06-09 09:56
培育新质生产力、建设现代化产业体系,是推动经济高质量发展、夯实中国式现代化产业根基的重要任务。未来产业依托前沿技术与颠覆性创新引领发展方向,赋能传统产业与新兴产业,拓展发展边界、培育全新增长点。
2026-06-09 09:52
人工智能与数智技术的发展,无疑是当下人们最为关切的议题之一。
2026-06-09 09:50
耕地是保障粮食安全的根本。当前,我国耕地质量总体呈现稳中有升良好态势,东北黑土地保护性耕作面积持续扩大,南方酸化耕地治理和北方盐碱地改造利用均取得积极进展。
2026-06-09 09:36
6月5日,记者从哈尔滨医科大学获悉,该校周钦、崔飞云教授科研团队融合人工智能、表面增强拉曼光谱检测与血液代谢分析技术,打造出一款全新的血液代谢分子解析检测平台。阿尔茨海默病是高发老年神经退行性疾病,依靠血液样本进行早期微创筛查,即液体活检,是当下临床医学的热点话题。
2026-06-08 09:56
近日,在山东胜利油田油区护卫中心,飞手贾承斌坐到电脑前,轻点鼠标,操纵室外无人机群升空。
2026-06-08 09:57
生态环境部日前发布的《中国履行〈生物多样性公约〉第七次国家报告》显示,截至2025年底,与生物多样性有关的27个国家目标中,我国有21个目标取得显著进展。
2026-06-08 09:57
大国工匠是我们中华民族大厦的基石、栋梁。大国工匠作为各领域的技艺集大成者,是工匠精神的生动代言人和时代典范,他们身上闪耀着执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的光彩。
2026-06-08 09:57
“甘肃是我国著名的‘有色金属之乡’,镍、钴、铂族金属等矿产资源储量全国领先,在国家战略资源安全保障中具有不可替代的地位。项目组将充分吸纳专家意见,力争提出务实管用、可落地、能实施的咨询建议,为保障国家资源安全贡献“甘肃方案”。
2026-06-08 09:57
这不仅是航运模式的创新,更是长三角区域协同发展、服务全国统一大市场建设的关键举措。
2026-06-05 10:02
目前,全县253家工业品企业实现常态化开播,2026年以来直播销售额达5.2亿元,线上订单占比提升至45%以上。
2026-06-05 09:59
近日,从中国科学院“公众科学日”到第二十六个全国科技活动周,全国各地广泛开展形式多样的群众性科技活动。
2026-06-05 09:57
我国数字文化出海正告别粗放式流量输出的初级阶段,形成以新质生产力夯实产业根基、以文化影响力提升传播价值的新逻辑。
2026-06-05 09:55
以技术创新为动力,以制度创新为保障,持续深化生态环境监测数智化转型。
2026-06-05 09:54
加载更多