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

  • 2026秋冬北京时装周开幕

  • 山东省深入推进医疗卫生强基工程

独家策划

推荐阅读
为此,生态环境法典针对重点流域、重要生态单元设置专门规范,明确长江、黄河等重点区域一体化保护要求,建立协同机制。生态环境法典第三编第六章“生态退化的预防和治理”,整合水土保持法、防沙治沙法的有关规定,分为水土保持、防沙治沙两节。
2026-03-18 09:38
“‘两弹一星’不是孤立的科技突破,而是面向国家需求‘从0到1’的科技创新。本次活动由全国科学道德和学风建设宣讲教育领导小组主办,中国科协科学技术传播中心、安徽省科学技术协会、安徽农业大学、光明网联合承办。
2026-03-18 09:27
对于1型糖尿病患者而言,胰腺中那些负责分泌胰岛素、调节血糖的胰岛β细胞,被自身免疫系统错误地当成了“入侵者”,日复一日地遭受攻击,直至彻底损毁。这3个病例,分别代表中国乃至全球再生医学领域的3个“首次”——世界首例自体、中国首例异体、世界首例青少年再生胰岛移植治疗1型糖尿病。
2026-03-18 09:27
记者3月17日从国家能源局获悉,2026年1至2月,全社会用电量累计16546亿千瓦时,同比增长6.1%。从分产业用电看,第一产业用电量223亿千瓦时,同比增长7.4%;第二产业用电量10279亿千瓦时,同比增长6.3%,其中,工业用电量同比增长6.4%,高技术及装备制造业用电量同比增长10.6%;第三产业用电量3231亿千瓦时,同比增长8.3%,其中,充换电服务业、互联网数据服务业用电量增速分别达到55.1%、46.2%。
2026-03-18 09:26
当前,以家庭农场、农民合作社、龙头企业为代表的新型农业经营主体已成为“强农兴村”的中坚力量,发展成效显著。夯实联农带农长效机制,还需构建多层次、可落地的政策环境,让农业经营主体有动力、有能力、有底气带动小农户共同增收。
2026-03-18 09:26
在成都温江区,骑行爱好者李先生沿着北林绿道前行,穿梭在虫鸣鸟叫、淡淡花香之中。”  一幅幅充满生机的新春图景,正是成都加快建设践行新发展理念的公园城市示范区的生动注脚。
2026-03-18 09:26
分享几个故事,一起走进地球科学的世界。
2026-03-16 18:39
工业和信息化部、财政部、国家发展改革委日前印发《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》。通知提出,通过城市群试点,将氢能应用场景由燃料电池汽车向交通、工业等具备条件的多元领域拓展。
2026-03-17 09:35
图为3月16日在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的神舟二十一号乘组航天员工作的画面。据悉,张陆已累计进行6次舱外活动,成为目前在舱外执行任务次数最多的中国航天员之一。按计划,飞行任务期间还将实施航天员乘组出舱活动,持续开展相关科学实验与技术试验。
2026-03-17 09:35
OpenClaw类智能体出现有标志意义,但仍需从严把控安全风险,未雨绸缪引导科技发展向上、向善。
2026-03-17 09:34
近日,“今明两年或成历史最热年份”“地球或将迎超级厄尔尼诺现象”等相关话题冲上网络热搜,引发公众广泛关注。“总体来看,今年下半年赤道中东太平洋处于厄尔尼诺状态的可能性较大,但目前尚无法准确预测其具体形成时间和总体强度。
2026-03-17 09:34
水利部水文司司长刘志雨介绍,2015年9月,水利部和自然资源部按照“统一布局、分工协作、避免重复、信息共享”原则,联合启动实施国家地下水监测工程。未来十年,国家地下水监测站网将更加科学、全面、精准地守护国家水资源安全,为精打细算用好水资源,从严从细管好水资源提供坚实保障。
2026-03-17 09:34
该学院依托浙江大学建立,旨在积极推动全球发展倡议落地见效,切实破解全球发展进程中的瓶颈性难题,有效凝聚多方智慧与力量,推动各国共同发展。
2026-03-16 12:35
他们用郭守敬望远镜光谱数据锁定目标对象,结合盖亚空间望远镜的高精度天体测量数据拼出基本“轮廓”,再用EBHIS射电巡天数据勾勒出星团周围的气体环境。他还公布了星团中最亮恒星的精确坐标——赤经01:50:46.6和赤纬+56:25:25.8,供天文爱好者定位追踪。
2026-03-16 09:32
不久前发表在《细胞》的研究,可能是张保才研究员与老师周奕华研究员科研生涯迄今“最高光”的时刻。张保才就在这一年到遗传发育所攻读博士,机缘巧合地进了这个新课题组,成为周奕华的“开山弟子”。
2026-03-16 09:31
回顾过去一年,“AI仿冒名人带货”“职业弹幕人”操控舆论、“大数据杀熟”等新型骗局取代传统假货,成为投诉“重灾区”。
2026-03-16 09:28
记者从中国航天科技集团获悉,2026年3月15日21时22分,我国在太原卫星发射中心使用长征六号甲运载火箭(又名长征六号改运载火箭),成功将遥感五十号02星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-16 09:27
酷暑难耐,即便身着薄衣,人还没动,汗先下来了。邹如强介绍,为验证实际调温效果,团队还将相变纤维织造成衣,并进行了多场景真人穿戴测试。
2026-03-16 09:21
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
加载更多