2019年十大生物技术发现

2019年的生物技术发现

2019年生物技术取得的最佳进展很难选出。目前,许多生物技术方法正在兴起:遗传操作和编辑,基因工程细菌而且病毒发展更有效的研究方法,以及尝试复制生物的所有复杂性。

在这里,我们(生物探索者团队)展示了最令人着迷的突破生物技术为2019。由于科学家们已经掌握了蛋白质生产背后的过程,他们可以用几种方式来操纵它们:例如,开发新型荧光物质蛋白质或产生其他生物,如大米植物来生产和储存所需的蛋白质,而不是工厂。

现在,打印心脏这样复杂的器官已经成为可能,这也拯救了许多心脏缺陷患者的生命,他们需要等待数年才能进行心脏移植。我们还没有包括这个领域所有令人兴奋的发明。

例如,科学家已经成功地生产出能够在细胞外有效工作的酶。他们操纵细菌消耗大量的二氧化碳藻类通过产生沼气世界杯2022赛程时间表最新

2019年十大生物技术发现

每一个发现都必将带来一个拥有更好的医疗保健、更清洁的环境和我们从未想象过的新挑战的未来。

1

你就是它:一种用于标记错误折叠和聚合蛋白的原始Agg-tag方法[美国,2019年1月]

许多神经退行性疾病,如ALS和阿尔茨海默病,都是由蛋白质形成坚硬、不溶解的聚集体引起的。重要的是要了解这些聚集物是如何形成的,以了解疾病是如何随着时间发展的。目前的蛋白质标记方法不允许区分蛋白质的状态。对于细胞的病理过程,有三种可能的情况:

  • 蛋白质折叠正确,工作正常。
  • 蛋白质折叠不正确,没有活性。
  • 一个蛋白质不仅是错误折叠的,而且它还与其他错误折叠的蛋白质形成聚集体。

宾夕法尼亚州立大学的专家团队开发了一种巧妙的方法来区分细胞中不同的蛋白质状态。该过程包括以下步骤:

  • 一种特殊的化合物-tag被融合到研究人员想要研究的蛋白质上。
  • 标签上附着一个荧光团——一种在特定条件下可以发出荧光的分子。
  • 该荧光团具有分子转子,可在充分折叠的蛋白质上自由旋转。
  • 当蛋白质折叠不当或与其他蛋白质聚集时,荧光团运动受到限制,并开始发出信号。
  • 荧光强度的不同取决于蛋白质形成的结构是可溶性的还是不可溶性的。

这种方法允许科学家观察蛋白质在神经退行性疾病中的行为。他们可能获得的信息可以极大地帮助开发治疗方法,并更好地了解这些疾病。

参考“一种基于Halo - tag和SNAP - tag的荧光AggTag方法可以同时检测两种蛋白质在活细胞中的聚集”——欧洲化学。于2020年4月05日接入。链接

2

糖链独立:研究人员开发了一种无需细胞机制就能对蛋白质进行糖基化的系统[美国,2019年11月]

糖蛋白是一组具有多种功能的蛋白质。顾名思义,这些蛋白质上有糖或碳水化合物分子。糖蛋白的碳水化合物和蛋白质都是非常复杂的。

许多糖蛋白是细胞膜的重要组成部分。它们还参与细胞间的通讯,对脑细胞的功能至关重要。细胞具有独特的结构高尔基氏复合体-以及负责糖蛋白生产和修饰的多种酶。

近年来,糖蛋白已成为一种有效的治疗药物,可用于多种抗生素和抗病毒药物。但糖蛋白的产生可能很慢,因为研究人员要依赖细胞来制造糖蛋白。

西北合成生物学中心的一组生物技术专家提出了一种生产糖蛋白的新方法:

  • 研究人员开发了一种无细胞的平台糖基化——GlycoPRIME
  • 糖基化是通过快速混合和匹配细胞游离糖基转移酶和碳水化合物组成。
  • 糖基转移酶可以建立在葡萄糖引物连接到蛋白质的帮助下,被称为N-glycosyltransferase
  • 通过这种方法,研究人员已经建立了37种可能的糖基化途径。
  • 因此,它们产生了23种独特的碳水化合物结构,其中18种结构是以前从未提供过的。
  • 该团队还利用该系统证明的途径和结构成功生产了一种蛋白质候选疫苗。

这种方法为生产可用于疫苗和抗菌剂的新型蛋白质开辟了新的视野。这也是了解细胞糖基化机制的一种新的实验方法。

参考无细胞生物合成平台,模块化构建蛋白质糖基化通路| Nature Communications.于2020年4月05日接入。链接

3.

坚固、耐热、仍能发光:一种新型荧光蛋白的研制[俄罗斯联邦,2019年5月]

荧光显微镜技术对生物研究至关重要,这一方法的开发者在2014年获得了诺贝尔奖。的method depends on using fluorescent proteins or probes that can be currently attached to proteins of interest to researchers with the help of genetic engineering.

不幸的是,目前的荧光分子有几个缺点:

  • 它们的分子质量可以很高。
  • 它们可以被热量摧毁。
  • 它们依靠氧气产生特有的绿光。

莫斯科物理与技术研究所的团队与来自德国和法国的国际参与者一起开发了一种新型荧光蛋白,它:

  • 该蛋白是利用植物光受体蛋白的光-氧-电压(LOV)域产生的。
  • 一种来自耐热细菌的含有LOV的酶Chloroflexus aggregans是使用。
  • 由此产生的蛋白质分子质量相对较低-11.6 kDa
  • 这种蛋白质可以承受高达68°C
  • 这种蛋白质具有很高的稳定性。

这种新的蛋白质可以广泛应用于从细胞生物学到癌症研究的许多研究领域。

参考从黄素聚合物中提取的耐热黄素荧光蛋白:超高分辨率结构研究框架——光化学与光生物科学(RSC出版).于2020年4月05日接入。链接

4

促进心脏内部隔离:一种保护心脏细胞不受伤害的新型化合物[美国,2019年8月]

缺血性损伤是由心肌供血血管阻塞引起的。缺血性损伤的危险有两方面。首先,缺乏营养和氧气会导致直接位于受损区域的细胞死亡。当受影响的细胞与它们的邻居交流时,损伤会因为这种相互作用而进一步扩散。

在罗伯特·古尔迪的领导下,一组国际科学家开发了一种新型化合物αCT1这已被证明可以防止慢性伤口,如糖尿病溃疡。实验也表明它对缺血性损伤有较好的治疗作用。由于团队想要建立这种新型药剂的分子作用模式,他们进行了如下实验:

  • 他们从老鼠身上分离出心脏,并为心脏提供几个小时的血液流动。
  • 在隔离的心脏中,科学家们通过阻断血液流向特定区域来模拟缺血性损伤。
  • 研究人员还通过对化合物进行轻微的化学修饰,创造了一些αCT1的变体。
  • 实验表明,即使在停止血液流动20分钟后注射药物,也能防止损伤的扩散。
  • 该化合物的作用是通过α ct1与一种名为connexin43
  • 缺血损伤后,Connexin43改变其形态和分布,导致不良反应从损伤部位向邻近细胞扩散。
  • 通过与连接蛋白43相互作用,αCT1阻止了这一过程和损伤细胞的扩散。
  • 研究还发现,αCT1衍生的一个较小的分子αCT11对缺血性损伤的作用比亲本分子更有效。
  • 由于新化合物体积更小,可以更有效地用于治疗心脏病患者。

αCT1已经在伤口愈合患者的III期临床试验中。它的作用模式和一种对心脏病患者有益的新变体的发现,在不久的将来可能会对医疗专业人员有所帮助。

参考缺血再灌注损伤后α羧基端1肽与连接蛋白43羧基端相互作用保存左心室功能——JAHA。于2020年4月05日接入。链接

5

一种基于水稻的武器:一种含有抗真菌化合物的新型转基因水稻[2019年6月,西班牙]

真菌感染影响全世界的人类。植物真菌感染也会对农业产生负面影响。对新型抗真菌药物的需求日益增加,因为目前药物的耐药性水平太高。

目前,一组具有抗真菌特性的新化合物正在开发中。他们被称为拥堵的,它们是在各种生物产生的抗菌肽的基础上设计的。

利用生物技术生产PAF多肽的主要问题是世界杯2022赛程时间表 生产成本和最终化学品数量之间的比率使得这种尝试在经济上不可持续。

农业基因组学中心的一组研究人员提供了一种替代方法——在水稻种子中生产这些抗真菌肽。

为了实现这一目标,他们做了下列工作:

  • 研究人员选择了一种新型的抗真菌化合物PAF102进行实验。
  • PAF102可以穿透真菌细胞并从内部杀死它们。
  • PAF102对动植物细胞无毒。
  • 研究人员已经开发了几种用于生产PAF102的载体。
  • 其中3个载体只编码了修饰后的PAF102肽- PAF103,一个载体同时编码了PAF102和水稻油酸蛋白(Ole18)。
  • 通过农杆菌介导的植物胚胎细胞转化,将该载体导入水稻植株中。
  • 载体的制造方法使植物在种子中产生特定的肽。
  • 在有PAF103载体的植物中,没有必要的肽积累。
  • PAF102蛋白附着在Oleosin蛋白上,成功地积累在水稻种子内部的个体结构中石油的身体
  • 每克水稻种子可收获约20 μ g蛋白质。
  • 从水稻种子中提取的PAF蛋白具有良好的生物学活性。
  • 植物生长不受PAF肽的影响。
  • PAF肽在大米加工过程中只存在于米糠中,而不存在于白米种子中。

该研究表明,水稻种子可以成功地作为生物工厂,在不损害植物自身健康生长发育的情况下,廉价生产具有实用性能的多肽。

参考水稻种子作为合理设计和穿透细胞抗真菌PAF肽的生物工厂。- PubMed - NCBI ".于2020年4月05日接入。链接

6

再次跳动:用3D打印机打印出完整的心脏[以色列,2019年4月]

3D打印正在征服世界。不仅为残疾人打印复杂的3D假肢成为可能,打印真实的组织也已经成为现实。取代塑料,细胞和其他生物材料可以成为墨水——这种类型的墨水被称为墨水bioinks

打印复杂器官仍然是一个挑战。器官由几种类型的组织组成,它们也需要血管的存在。如果它们没有所有的组件,就不能用作移植。许多病人最需要的器官之一是心脏。

来自以色列特拉维夫大学各部门的一个合作团队成功地应用3D打印技术制造出了一颗具有所有必要结构的可存活心脏:

  • 研究人员采集了病人的脂肪组织样本。
  • 来自组织的细胞经过培养和重新编程,变得多能性干细胞
  • 细胞之间的基质被用来生产水凝胶,水凝胶是打印生物墨水的基础。
  • 重新编程的细胞变成了心脏组织细胞和血管细胞。
  • 科学家们利用水凝胶和重编程细胞的混合,制造出带有血管的心脏组织斑块。
  • 为了证明这种方法的可行性,他们还打印了一个兔子大小的小心脏。

这种方法可以以各种方式使用:

  • 产生与病人完全相容的组织和器官。
  • 创建模型器官,以测试多种治疗的疗效,无论是药物试验还是为患者选择个性化治疗。
参考3D打印个性化厚可灌注心脏贴片和心脏——先进的科学。于2020年4月05日接入。链接

7

细胞和芯片:研究人员已经开发出一种能够进行复杂反应的人工芯片细胞[2019年6月以色列]

主要的进化真核细胞,即有细胞核的细胞,其主要优点是细胞可以分裂成小室。这样,细胞中的每个隔间都有自己的微环境,最适合某些类型的反应。

研究人员正在复制这种结构,用于制造用于进行生化反应的新型微芯片。尽管如此,这些芯片并不是细胞的完整副本,因为它们未能产生反映生物学的主要信条:dna - rna -蛋白质的过程链。

以色列研究人员已经克服了这一障碍,并创造了:

  • 一种芯片上的单元,各单元通过通道连接。
  • 细胞会发生几个连锁反应:
  • 转录:在芯片上的DNA片段的转录
  • 翻译/蛋白质合成
  • 蛋白质翻译后的修饰
  • 为了证明该产品的有效性,研究人员生产了一种与帕金森病相关的蛋白——α‐突触核蛋白。
  • 该蛋白从DNA开始在芯片上生成,并在反应步骤的末尾附着一个泛素基团。

这种新型的人工细胞可用于生产复杂蛋白质,也可用于各种情况下的细胞活性研究。

参考“可编程芯片人工细胞产生翻译后修饰泛素化蛋白”.于2020年4月05日接入。链接

8

塑料界的一项新发明:一种细菌被转基因,可以用植物材料生产塑料[美国,2019年2月]

在工业上,从植物中提取的主要原料是纤维素。在使用了含有纤维素的部分后,许多植物成分会作为废物留下来。然而,这些部分富含另一种碳水化合物——木质素。例如,木质素存在于刚剥下来的树皮中。

木质素是一种非常复杂和坚固的化合物,只能被某些类型的土壤细菌破坏,所以它没有被用于任何一种工艺过程。威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究小组决定将其中一种细菌用于生物技术目的:

  • 土壤细菌一种土壤细菌Novosphingobium aromaticivorans之所以选择这种微生物,是因为已知这种微生物能够处理木质素。
  • Novosphingobium aromaticivorans细菌是经过基因改造的。
  • 由此产生的新菌株能够将木质素转化为潜在的聚酯前体- 2-吡咯- 4,6 -二羧酸(PDC)。
  • 可连接PDC片制造塑料聚合物
  • PDC是一种较好的塑料材料成分,因为它可以在土壤中安全降解。
  • PDC降解也不会向水中释放危险的化学物质。
  • 目前,该菌可将59%的有效木质素转化为PDC。

如果能进一步成功地改造这种微生物,它将提供一种更安全、更便宜的方式来生产更环保的塑料材料。

参考用Novosphingobium aromaticivorans将化学解聚木质素的芳香产物漏斗化为2-吡酮-4-6-二羧酸-绿色化学(RSC出版).于2020年4月05日接入。链接

9

为更大利益服务的病毒:一种可安全用于疫苗开发的混合病毒被开发出来[澳大利亚,2019年12月]

最近,医学专家被迫对抗各种虫媒病毒:寨卡病毒、登革热、黄热病和其他一些疾病。

所有这些病毒都属于同一类昆虫病毒——黄病毒。越来越需要安全有效的疫苗来应对这些威胁。

来自昆士兰大学和QIMR伯格霍弗医学研究所可能已经开发出一种系统,可以从这组病毒中开发出更安全的疫苗:

  • 科学家们发现了一种感染澳大利亚蚊子的新病毒Binjari病毒
  • 这种病毒只能在昆虫细胞中大量生长,对人类没有危险。
  • 宾贾里病毒与寨卡病毒和登革热黄病毒属于同一病毒组。
  • 改变宾贾里病毒结构中的特定蛋白质是可能的,使其类似于传染性病毒,并引起人类的免疫反应。
  • 研究人员已经制造出一种嵌合病毒,这种病毒与感染人类的病毒有一些相同的特征,但不会在人类细胞中复制。
  • 这种病毒可以在昆虫细胞培养液中大量培养。
  • 将这种重组病毒注射到小鼠体内后,小鼠可以自我防御寨卡病毒。

这种新病毒既可用于在诊断测试中检测寨卡病毒和相关病毒,也可用于开发安全有效的疫苗。

参考对疫苗研究和诊断更安全的病毒-每日科学.于2020年4月05日接入。链接

10

钻、钻、钻细菌:一种新型分子纳米钻用于对抗高耐药性细菌[美国,2019年12月]

细菌对抗生素的耐药性是一个日益严重的问题。许多广泛使用的抗生素已经对最常见的病原体无效。

最近,来自英国杜伦大学的罗伯特·帕尔和他的同事们开发了一种可以被光激活的纳米分子钻头。这些钻头是有机来源的合成分子,在被特定波长的光激活后,可以以每秒300万转的速度旋转。

莱斯大学和德州农工大学健康中心的研究人员决定测试这些结合了抗生素的纳米钻头:

  • 他们选择用抗生素来测试纳米钻的有效性肺炎克雷伯菌这种病原体会在医院和社区中引起严重的呼吸道感染。
  • k .肺炎目前对碳青霉烯类抗生素有耐药性,这使这些感染的护理复杂化。
  • k .肺炎有双细胞壁药剂很难渗透的S。
  • 钻头与碳青霉烯组的抗生素之一美罗培南联合使用。
  • 钻头在两种菌株下进行了测试k .肺炎:多重耐药,对抗生素敏感。
  • 含美罗培南的纳米钻头可以快速有效地杀灭培养中的高耐药细菌。

这个实验表明,将纳米钻头与以前无效的抗生素制剂结合使用,可以帮助消灭具有厚细胞壁的细菌。

参考“分子纳米机器破坏细菌细胞壁,增加广泛耐药肺炎克雷伯菌对美罗培南的敏感性”- - - - - - ACS出版物。于2020年4月05日接入。链接

生物技术是一个在2019年发展迅速的领域,即使在2020年也将继续发展。面对2020年出现的独特挑战,这些允许操纵遗传物质、组织和蛋白质的新工具将被证明是极其宝贵的。

我们并没有把之前所有的神奇发展都包括在内,比如一种愈合骨骼的新型绷带,或者把DNA用作纳米技术工具。这个列表旨在展示生物技术每个领域的发展,并激发你的好奇心,进一步探索。

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APA7 MLA8 芝加哥
BioExplorer.net。(2022年6月16日)。2019年十大生物技术发现。生物的探险家。//www.stxchamber.com/biotechnology-discoveries-2019.html/
BioExplorer.net。“2019年十大生物技术发现”生物探索者,2022年6月16日,//www.stxchamber.com/biotechnology-discoveries-2019.html/
BioExplorer.net。“2019年十大生物技术发现”生物探索者,2022年6月16日。//www.stxchamber.com/biotechnology-discoveries-2019.html/
主要参考文献
  • “受活酶的启发,科学家们创造出了人造催化剂——ScienceDaily”.于2020年4月05日接入。链接
  • “利用大肠杆菌从二氧化碳中生成所有生物质碳”——Cell.com。于2020年4月05日接入。链接
  • 《如何优化光合沼气升级:系统设计与微藻选择的视角》- ScienceDirect.于2020年4月05日接入。链接
  • 生物技术与制药工业中的糖链-糖生物学基础- NCBI书架.于2020年4月05日接入。链接
  • “光学显微镜是如何变成纳米显微镜的?”.于2020年4月05日接入。链接
  • “体内分离先天小分子促进骨愈合”-威利在线图书馆。于2020年4月05日接入。链接


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