当前热点-迈出从0到1关键一步！上科大团队构建世界首张小鼠微型“扰动图谱” 为破解基因组“天书”提供武器
图说：iMAP原理 采访对象供图（下同）
“人类基因组早被测序，但其功能至今深藏不露，真是‘知人知面不知心’。这严重妨碍了疾病诊治。21世纪生物医学的重要任务是解码人类基因组这部‘神秘天书’。”上海科技大学生命学院教授、耶鲁大学客座教授池天感慨。
工欲善其事，必先利其器。池天领衔的课题组历时八年开发的一种高通量小鼠基因解码技术iMAP，为破解“天书”提供了强大武器。这一成果也于昨天（5日）在国际顶尖学术期刊《细胞》（Cell）上发表 。
(资料图)
“从0到1”
人类至少有500种细胞和约2万个蛋白编码基因。早在2001年，国际人类基因组计划就公布了这些基因的序列。然而迄今为止，这些基因在各种细胞中的功能仍鲜为人知，这严重妨碍了疾病的诊断和治疗。要系统性解码全部基因在全部细胞中的功能，必须将每个基因分别在各种细胞中“敲除”（剔除）再鉴定其造成的细胞表型，即描绘完整的“扰动图谱”。
有了完整的扰动图谱，探索任何基因的基本功能将像“查字典”一样简单。不过，用传统基因解码方法无法快速有效地描绘扰动图谱。池天课题组为突破这个困境迈出了“从0到1”的关键一步。
池天介绍，课题组开发的iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技术，其中，Cre是微生物的“重组酶”，能识别叫LoxP 的小片段DNA序列，使两个LoxP发生组合；而CRISPR-Cas9是微生物的“核酸酶”，俗称“魔剪”，被广泛用于基因编辑。
“iMAP能在小鼠里敲除上百个基因，但每个细胞只敲除其中之一，从而可快速普查不同的基因分别在全身各种细胞中的基本功能，即描绘扰动图谱。”池天表示，“另外，这种新型的基因敲除小鼠，可通过简单地配繁，衍生出上百种传统的‘单基因敲除小鼠品系’，从而大大降低其制备成本。简单地说，iMAP将基因解码速度提高了上百倍， 我们试图以后将其提高500倍。”
图说：微型扰动图谱，展示100个sgRNA分别在39个组织/细胞类型中的丰度
作为概念验证，池天团队检查了90个基因敲除后分别对39种器官/组织/细胞的存活、扩增或细胞分化的影响，描绘了全球第一张扰动图谱。虽然这张图谱只是全基因组图谱的雏形，但已提供了大量难以用其他技术轻易获得的宝贵信息，更为描绘全基因组图谱奠定了基础。
科学“马拉松”
iMAP诞生的背后是一场长达八年、历经六届学生前赴后继努力的科学“马拉松”。
2014年，CRISPR-Cas技术已问世，而池天又熟悉Cre-loxP。他突发奇想，能否融合这两种技术，但同事并不看好。“这也不奇怪，因为iMAP太新了，没有主流技术可以直接对标。”池天回忆。
他告诉记者，突发奇想并不难，难的是使其实现，因为有不少隐蔽的“坑”。“我们主要通过试错法，摸着石头过河。老鼠实验周期长，每次失败，常意味着半年以上的时间被浪费，真是步步惊心。”例如，池天团队利用文献报道的LoxP突变体解决了自发重组的问题，但不料该突变体却没有表现出应有的一个必需特性，导致团队需要从头设计突变体；团队试图利用CRISPR沉默靶基因，虽然体外效果不错，不料小鼠内却很弱……。为使同行避免重蹈覆辙，这些失败的实验，部分已于2年前以预印本形式发表。
负责生物信息学分析的学生荆征宇感叹：“实验困难重重，好在最后成功了”。参与小鼠繁殖、鉴定、造模等实验的张校铭坦言，自己最大的收获是对逻辑思维方式的训练。“很多时候，小鼠体重的变化、细胞分群的比例等细微变化都在告诉你接下来实验的走向。一开始大家会认为这些细微的变化就是误差，但往往最后实验的结果都不理想。”他说，“仔细分析后发现，导致结果不理想的原因，与开始时的实验细节是有因果关系的。”
图说：上科大生命科学与技术学院池天团队
新技术或变革诸多领域
记者了解到，单细胞生物学的领军人物维夫·雷格夫已与池天酝酿发起“单细胞扰动图谱计划”，准备在全球范围内联合多个实验室，利用iMAP在单细胞水平描绘小鼠全部2万个蛋白编码基因在全身各组织的扰动图谱。
除了鉴定蛋白编码基因的功能，iMAP也可用于解码基因组任何其他序列、探索“老药新用”和筛选药物靶点等。iMAP理论上也能推广到小鼠以外的物种，有水稻专家已经计划利用iMAP改良水稻品种。耶鲁大学一位国际著名免疫学家给池天团队的贺信中预言，“iMAP将变革众多领域。”
池天表示，成果的产出离不开上海科技大学浓郁的科研氛围、足够的经费支持和良好的仪器设备。此外，上科大还一直鼓励产业转化，提供孵化器等实质性帮助，目前还积极和池天一起推动科技公司的创立，近期目标是利用iMAP筛选肿瘤免疫疗法的优质靶点，并在今后延伸到其他重大疾病。
新民晚报记者 郜阳 实习生 计丹洁
标签：
为您推荐
-
聊城市乡村振兴局精准施策、靶向发力，扎实做好产业带动工作，推动巩固脱贫攻坚成果衔接乡村振兴工作快速发展，优化农业生产结构，改变农村
22-05-31
-
据滨州海关统计，前4个月，滨州市外贸顶住国际地缘冲突以及国内疫情多点散发的双重压力，外贸进出口总额达392 1亿元，为历史同期最高水平，
22-05-31
-
只需要提交了一份申请书，对外汇款5分钟就完成了，比以前方便多了!以前办这个业务，至少要一天。青岛天祥食品集团有限公司财务负责人李长春
22-05-31
-
记者从省公安厅获悉，为进一步深化放管服改革，主动适应城乡居民网上办理户口、居民身份证件的需求，省公安厅制定了户籍管理全程网办五项服
22-05-31
-
近日，省人力资源社会保障厅公布了省级人力资源服务产业园综合评估结果，济南人力资源服务产业园等7家产业园被评为优秀等次。近年来，山东
22-05-31
-
为切实维护老年人合法权益，依法严惩养老诈骗犯罪，有力促进养老事业健康发展，山东公安机关深入推进打击整治养老诈骗专项行动。截至目前，
22-05-31
- 北京昨日新增本土“197+174”2热点在线
- 世界今日讯！中央气象台：江南大部有降水，明日起北方明显降温
- 广东昨日新增本土195+6215，另有369例无症状转确诊2全球播资讯
- 焦点要闻：美财政部对伊朗俄罗斯等实体和个人实施制裁
- 每日焦点！世卫组织：全球累计新冠确诊病例达632533408例
- 全球人口达80亿，意味着什么？
- 环球快讯:上海昨新增本土确诊病例2例、新增本土无症状感染者14例
- 秋天专属浪漫又来了！45条“落叶不扫”景观道出炉，看看你家附近有没有3今日热搜
- 上海2023年度城乡居民医保参保登记和个人缴费即日起开始受理，新增个人账户家庭共济缴费
- 国家卫健委：未对成人高血压诊断标准进行调整1天天滚动