快报摘要 - Wrap Up
科｜技｜突｜破
Science Breakthrough
PNAS：苦参素实现帕金森病治疗效果 | 功能性成分
Science：不对称蛋白质的快速、定向化设计 | AI辅助设计
PBJ: 包含~45,000个植物公共RNA-seq文库的在线搜索平台 | 计算生物
Mol Cell：小型、高效CRISPR基因编辑工具CasX | 基因编辑
Nature Biotechnology：利用碳捕获技术实现工程细菌将二氧化碳转化为化学品 | 气体发酵
Nature: 重新设计的 cas9蛋白显著提高基因编辑安全性 | 基因编辑
PNAS：生长素共受体IAA2的缺失突变赋予植物除草剂抗性 | 基因育种
Nature Methods：无需DNA供体高效靶向插入大DNA片段技术 | 基因编辑
Nucleic Acids Research：破解“合成生命”功能易碎性，开发“设计生命”的新原理 | 合成生物
Nature Medicine：益生菌+免疫治疗改善癌症患者肠道菌群稳态 | 微生物
FASE：利用氨基酸开发对抗植物病毒的杀虫剂 | 合成生物
Nature：发现新病毒的开源计算工具和数据库 | 计算生物
科｜技｜突｜破
PNAS：苦参素实现帕金森病治疗效果 | 功能性成分
在传统中医中，苦参被广泛使用，主要与其他药用植物结合用于治疗发热、炎症性疾病、皮肤烧伤等。上世纪70年代，科学家首次从苦参中分离出kurarinone（苦参素），它是广泛存在于植物中的黄酮类化合物，具有多种药理活性和化学预防作用。近日，来自大连医科大学附属第二医院中西医结合研究所的研究团队发现，kurarinone与一种可溶性环氧化物水解酶抑制剂联合使用，可以显著缓解动物模型中的帕金森样症状。该研究发表于PNAS。该项研究表明kurarinone可能是治疗帕金森病的潜在天然候选药物，它通过抑制可溶性环氧化物水解酶来实现治疗效果。
参考文献：
https://doi.org/10.1021/np990567x
Science：不对称蛋白质的快速、定向化设计 | AI辅助设计
模块化的蛋白质在单独存在的时候可以折叠和溶解，互相混合时候又能够以所预想的方式快速且特定地结合是合成生物学中遇到的一大重要问题。近日，美国华盛顿大学David Baker研究组于Science发表研究，并实现不对称蛋白质的快速、定向设计。研究团队通过刚性融合的方式进行不对称蛋白组装体的构建，实现了更为快速也更加定向化的蛋白质设计。
原文链接：
https://doi.org/10.1126/science.abj7662
PBJ: 包含~45,000个植物公共RNA-seq文库的在线搜索平台 | 计算生物
随着测序成本的降低和数据质量的提高，RNA-seq已经成为研究基因表达常用手段。2022年2月26日，南方科技大学生物系植物与食品研究所翟继先课题组于PBJ在线发表了可以方便快速查询45,000个植物公共RNA-seq文库的在线资源. 该数据库（PPRD）整合了来自GEO、SRA、ENA和DDBJ数据库中几乎所有的玉米（19,664）、水稻（11,726）、大豆（4,085）、小麦（5,816）和棉花（3,483）的RNA-seq文库资源。PPRD支持基因共表达结果的查询，同源基因表达量查询。
Mol Cell：小型、高效CRISPR基因编辑工具CasX | 基因编辑
CRISPR-Cas系统已经被广泛开发并应用于各类细胞和组织的遗传或表观遗传编辑，相关技术亦被逐步用于农业育种、人类疾病治疗及生物能源生产等方面，是未来生物科技发展的重要领域。2022年2月25日，刘俊杰课题组与加州大学伯克利分校Jennifer Doudna课题组合作于Molecular Cell发表研究。该研究通过解析PlmCasX与底物的不同结构状态，并与DpbCasX对比，解释了DpbCasX和PlmCasX各异的体内外DNA切割活性的结构基础。同时通过对CasX蛋白和sgRNA的结构改造，显著提高DpbCasX和PlmCasX的基因编辑效率，在GFP位点上可达90%，在内源位点上可达50%。该研究表明CasX具有分子量小（980个氨基酸）、基因编辑效率高及非特异性DNA切割活性低等众多优点，有望为基因编辑工具的临床应用提供重要技术支撑。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.02.002
Nature Biotechnology：利用碳捕获技术实现工程细菌将二氧化碳转化为化学品 | 气体发酵
丙酮和异丙醇是全球市场总和超过 100 亿美元的化学品, 可用作燃料、织物和化妆品。2022年2月21日，LanzaTech、西北大学和美国能源部橡树岭国家实验室联合开发了碳捕获技术，该技术可利用工业生产中产生的二氧化碳生产丙酮和异丙醇。此研究发表于 Nature Biotechnology 。此项生物工艺为基本化学品的生产路线提供了一种可持续的替代方案。在进行生命周期分析后，研究团队发现，负碳平台与传统工艺相比可以减少 160%的温室气体排放。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41587-021-01195-w
Nature: 重新设计的 cas9蛋白显著提高基因编辑安全性 | 基因编辑
基于CRISPR的基因编辑技术在人类身上使用将面临的重大挑战是——试图修复基因组中一个位置的基因突变可能会意外地在另一个位置产生危险的新突变。为克服这个难题，得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们重新设计了一种广泛使用的基于CRISPR的基因编辑工具（CAS9）的关键组成部分，它的目标在保持与原始版本相同的效率的同时，将错误的DNA片段作为目标的可能性降低数千倍，从而使其潜在地更加安全。该研究于2022年3月2日发表于Nature。截止目前，研究人员已经证明了SuperFi-Cas9在试管DNA上的应用。他们现在正与其他计划在活细胞中测试SuperFi-Cas9基因编辑的研究人员合作，并致力于开发更安全、更活跃的Cas9版本。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04470-1.pdf
PNAS：生长素共受体IAA2的缺失突变赋予植物除草剂抗性 | 基因育种
生长素IAA（吲哚-3-乙酸）是植物生长和发育的关键调节剂，其人工合成类似物2,4-D能够强烈诱导生长素信号反应，导致植物死亡，因此常被用作除草剂。近日，德国科罗拉多州立大学研究团队在PNAS发表研究，证实生长素共受体IAA2在DT区域27bp的缺失使东方大蒜芥获得除草剂抗性。该研究基于转录组测序挖掘了东方大蒜芥中的抗除草剂功能获得突变基因，通过转基因在拟南芥中进行了功能验证，利用生理生化和同源建模解析了抗性分子机制，研究结果为培育抗除草剂作物提供了新的思路。
原文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2105819119
Nature Methods：无需DNA供体高效靶向插入大DNA片段技术|基因编辑
大DNA片段的靶向插入对于治疗遗传疾病具有巨大的潜力。Prime（先导） 编辑器可以有效地插入短片段（~44 bp），但不能插入大片段。2022年2月28日，武汉大学殷昊团队在Nature Methods发表研究，该研究开发了 GRAND 编辑，可以在没有 DNA 供体的情况下精确插入大的 DNA 片段。 该研究证实了在多个细胞系和非分裂细胞的多个基因组位点中的有效插入，这扩大了基因组编辑的范围，使大 DNA 序列的无供体插入成为可能。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41592-022-01399-1
Nucleic Acids Research：破解“合成生命”功能易碎性，开发“设计生命”的新原理 | 合成生物
复杂生命功能的实现依赖于精巧的基因线路，从合成生物学发展以来，无数基因线路被设计和验证，但人工基因线路的脆弱性仍是该领域面临的一大难题：外部环境易变性和宿主进化不稳定性已成为了阻碍基因线路功能的可预测设计的关键因素。2月28日，中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所、北京大学以及中科院微生物研究所合作于Nucleic Acids Research上发表研究成果。该研究面向合成生物学中人工基因线路稳定性差，功能脆弱、易受干扰的严峻问题，提出了功能基因线路“精准-鲁棒性”设计原理，并以稳态自适应功能为例，成功地证实了这一设计原理的可行性，为基因线路工程的下一步发展与推广应用提供了一种新范式。
原文链接：
https://academic.oup.com/nar/article/50/4/2377/6528902?login=false
Nature Medicine：益生菌+免疫治疗改善癌症患者肠道菌群稳态 | 微生物
益生菌药物已在肿瘤免疫治疗中实现作用。近日， Nature Medicine公布了一项1期临床试验的结果，首次证明益生菌口服药物能够改善癌症患者的肠道菌群稳态，并增强免疫治疗反应。这项1期临床试验由来自美国希望之城国家医疗中心团队完成。研究结果显示，转移性肾细胞癌患者在接受纳武利尤单抗+伊匹木单抗治疗的时候，如果辅以益生菌口服药物CBM588联合治疗，就能够极大改善中位无进展生存期（PFS），中位PFS从2.5个月延长至12.7个月，提高近400%！
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41591-022-01694-6
FASE：利用氨基酸开发对抗植物病毒的杀虫剂 | 合成生物
植物病毒对农业生产危害性大，实际使用中有效和令人满意的抗植物病毒剂品种并不多，因此有必要开发环保的抗植物病毒药物。南开大学的王庆民教授和宋洪建博士对此于2022年发表在FASE上发表研究。研究发现，色氨酸是倍加果生物碱的生物合成前体，其衍生物在体外和体内都具有抗TMV活性。对此的进一步探索导致NK0238被确定为预防和控制植物病毒引起的疾病的高效剂，但现有的途径不适合其大规模合成。他们优化了这种候选病毒剂的两步合成途径。田间试验结果表明，它对多种植物病毒有良好的疗效。大鼠口服毒性轻微，对鸟类、鱼类或蜜蜂的安全没有影响。
原文链接：
FASE-21390-XWT 110..119 (hep.com.cn)
Nature：发现新病毒的开源计算工具和数据库 | AI辅助设计
病毒已经对世界经济与人类健康造成巨大冲击。开发基于云的计算工具为新病毒检测提供了强大支撑。2022年1月26日，加拿大的Artem Babaian研究团队开发了一种名为“Serratus”的云计算平台，能够进行PB（1PB=1024TB）级别的序列比对，目前已经检测到超过10万种新型病毒，其中9种冠状病毒和300多种与丁型肝炎病毒相关的病毒，并鉴定出了超过105个新型RNA病毒。该研究发表于Nature，本研究利用将这几年互联网的热点概念“云计算”应用在序列比对上，通过对公共数据库进行挖掘，新发现了超过10万个新的RNA病毒，拓展了我们对于病毒世界的认识，有助于我们预测并防范未来的病毒大流行。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04332-2