韩春雨的“基因剪刀”又复活了?

韩春雨团队自愿撤回了韩春雨,这是一篇关于基因编辑的技术论文。

摄影/经济学家董徐阶和韩春雨的“基因剪刀”又复活了?本报记者/杜威首次发表《中国新闻周刊》,第897期,2019年4月29日。4月4日,美国冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory)运营的网站bioRxiv发表论文称,普渡大学的研究人员发现了一种名为NgAgo的蛋白质,该蛋白质能够切割脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸),提高大肠杆菌中基因同源重组的效率

BioRxiv是一个预印文档库,对生物学家免费。换句话说,上面发表的文章是尚未接受同行评审的作者的原稿。

在基因编辑过程中,同源重组被认为是一种常见的细胞修复方法。基因剪刀破坏脱氧核糖核酸链的行为将刺激同源重组的发生。如果再次提供国外捐赠者,就可以完成基因序列的交换。

三个月前,华中农业大学农业微生物国家重点实验室的研究团队也在《核酸研究》国际期刊上发表了一篇论文。它还表示NgAgo可以促进几种细菌的基因同源重组,可以被视为一种潜在的基因编辑工具。

倪戈,两年多前,河北科技大学副教授韩春雨卷入了舆论漩涡。

现在,随着两篇新论文的发表,由韩春雨首次发现并命名的NgAgo能否作为基因编辑的新剪刀再次成为人们关注的焦点。

2016年5月2日,《自然》杂志副刊《自然生物技术》发表了河北科技大学韩春雨团队的一篇题为《脱氧核糖核酸引导的牛血清白蛋白可用作基因编辑工具》的文章。这是NgAgo第一次被提出。

文章认为,NgAgo在导向脱氧核糖核酸(guide DNA)的指导下可以有效切割目标基因,可用于人类细胞的基因编辑。

这篇文章发表后,受到各种外部因素的推动,立即在中国引起轰动。一些国内专家和媒体称之为“诺贝尔奖”发现。

同时,NgAgo被视为一种新的基因编辑技术,可以与世界上使用最广泛的基因编辑工具CRISPR/Cas9相媲美。

基因编辑是指有目的地修改基因片段,包括插入和删除基因,以改变它们的序列。

基因编辑类似于在计算机上编辑文档,除了它的操作对象是——直接影响生物体特征的最终代码——脱氧核糖核酸。

一般来说,基因编辑分为两个步骤:切割和修复。

因此,要编辑基因,首先必须有一把好剪刀。

目前,科学家们使用最方便的基因剪刀是CRISPR/Cas9,由麻省理工学院的中国科学家张峰和加州大学伯克利分校的珍妮弗·杜德纳教授开发。

事实上,CRISPR/Cas9原本是针对外来敌人的细菌防御系统:当病毒或外来的脱氧核糖核酸首次入侵时,CRISPR/Cas9会切割出一段带有入侵者身份的脱氧核糖核酸(核糖核酸)并记录下来。当外敌再次入侵时,CRISPR/Cas9会根据先前记录的脱氧核糖核酸信息转录出一段起到导向作用的核糖核酸,引导自己准确识别并打击来袭的敌人。

这种系统被科学家用作基因编辑的工具。

然而,CRISPR/Cas9也有一些缺点:它的剪切点必须位于PAM序列的一部分上游的特定位置,这意味着没有死角和完全覆盖,CRISPR/Cas9就不能工作。

然而,引导其切割的核糖核酸具有易转化的特点,这也将影响切割的准确性。

因此,开发更加可靠和准确的新型剪刀已经成为科学家的目标。

在这种背景下,名为Argonaute (Ago)的蛋白质家族开始相继出现。

与CRISPR/Cas9相似,agoprotein也是生物体的防御系统。

首先发现真核生物中的Ago蛋白能降解外源核糖核酸,然后发现原核生物中的Ago蛋白能消除入侵的脱氧核糖核酸。

从形态学上看,原核生物和真核生物的区别在于细胞核中有无核膜。原核生物是指一种被核膜包围的原始单细胞生物,而真核生物包括所有生物,如动物和植物,包括人类。

2014年,荷兰瓦赫宁大学的约翰·范德奥尔斯特(John van der Orst)教授在原核生物Ago蛋白质家族中发现了一种叫做TT Ago的蛋白质,它可以与具有导向功能的脱氧核糖核酸结合,在65℃条件下切割感兴趣的脱氧核糖核酸。

然而,很明显,高温限制了它发挥更大作用的潜力。

业内人士一度认为,韩春雨的研究以突破性的方式解决了这一弊端。

通过比较筛选,他从格氏嗜盐细菌中发现了另一种Ago蛋白,并将其命名为NgAgo。

实验证明,该蛋白能与导向基因结合,在37℃常温下实现基因编辑。

这意味着NgAgo在人类疾病治疗、生物制药等领域将有广阔的应用前景。

与CRISPR/Cas9相比,NgAgo具有一系列优势,如不特别依赖PAM序列,以脱氧核糖核酸(DNA)为指导避免失败和遗漏目标,容错率低,效率高等。

2016年5月8日,新媒体平台“知识分子”以“韩春雨:中国科学家以惊人的声音发明的世界级新技术”为题报道了韩春雨及其研究。

“知识分子”在标记为“专题文章”的文章前增加了一条编者按,写道:“让中国人兴奋的是,韩春雨在河北科技大学条件差、资金缺乏、人员少的情况下所做的研究优于世界级的麻省理工学院、哈佛大学和斯坦福大学。

《知识分子》总编辑、北京大学教授饶毅将韩春雨介绍给编辑部。在这里,我们特别为读者发表了独家采访。

“从那以后,国内媒体纷纷报道韩春雨的研究成果。

2016年,韩春雨先后被评为河北省科学技术协会副主席、河北省最美丽的教师、全国“中青年科技创新领军人才”候选人、“长江学者奖励计划”候选人、高校享受政府特殊补贴人员。

2016年8月,河北省发展和改革委员会还批准并“原则同意”了河北科技大学基因编辑技术研究中心的工程建设项目,预计总投资2.24亿元。

疑虑和赞誉几乎同时到来。

论文发表后不到20天,时任普林斯顿大学分子生物学系教授、在清华大学任教的结构生物学家颜宁在微博上首次提到韩春雨论文结果的重复性存在问题。

从那以后,类似的疑问也出现在无名空、智虎、百度贴吧等论坛上。

截至2016年9月,饶毅和中国科学院院士邵峰联名致信河北科技大学校长,称“韩春雨及其研究成果应慎重对待”,并建议成立专家委员会验证韩春雨的研究成果。

同年10月,包括北京大学科学院教授危文胜在内的13名国内生物学家在媒体上公开了他们的声音,称他们不能重复实验结果。他们希望韩春雨披露所有原始数据,并呼吁学校和相关方介入调查。

2016年11月,《自然生物技术》编辑部表示正在调查该论文。

后来,韩春雨将相关实验数据添加到《自然生物技术》编辑部。

2017年1月,国家知识产权局撤销了以阿戈为核心的韩春雨团队基因编辑技术专利。

据报道,目前,该团队已经以国际专利的形式重新提交了申请,并处于开放状态。

同年8月,韩春雨小组撤回了论文,因为实验结果没有重复。

《自然生物技术》编辑部发表的一篇社论说:“我们现在确信,韩春雨撤回手稿的决定是保持已发表的科学研究记录完整性的最佳方式。”。

“在那之后,韩春雨团队继续寻找论文结果不能重复的原因。

一年后,河北科技大学发布了一份文件,称韩春雨团队没有主观欺诈。

但是,根据有关规定,韩春雨获得的荣誉称号被取消,韩春雨团队承担的科研项目被终止,科研经费被收回。

韩春雨团队回应说,实验设计存在缺陷,研究过程中存在问题。

两个新发现和基因剪刀的未来虽然“韩春雨事件”已经结束,但他最初提出的NgAgo能否用作基因编辑工具仍不确定。

早在2016年11月,南通大学神经发生重点实验室副教授刘东和复旦大学生命科学学院研究员王永明在《自然》副刊《细胞研究》上发表了第二篇关于NgAgo的国内文章。

根据这篇文章,NgAgo可以“击倒”斑马鱼基因,导致眼睛发育缺陷。

然而,由于“敲除”只会降低基因表达,而不会改变基因序列,所以它不是“编辑”。

然而,由于研究对象不同,刘东等人表示,他们的研究“无法证实或篡改韩春雨以前的结论”。

相比之下,最近发表的两项关于NgAgo的新研究似乎给了人们更多的希望。

在美国普渡大学的一项研究中,NgAgo首次被证明有能力在体外实验中切割脱氧核糖核酸。

此外,研究人员发现NgAgo中被称为PIWI和瑞巴的两个部分可以独立切割脱氧核糖核酸。

然而,与韩春雨的结论不同的是,恩加戈没有结合到指导基因上,指导基因在切割普渡大学进行的体外实验时应该是配对的。

负责这项研究的普渡大学农业和生物工程助理教授凯文·所罗门(Kevin Solomon)在接受《中国新闻周刊》采访时推测,NgAgo之前可能已经结合了在脱氧核糖核酸复制过程中产生的其他脱氧核糖核酸片段,作为指导。

大肠杆菌体内实验证明,牛血清白蛋白能够结合导向基因,并依靠其切割能力提高大肠杆菌同源重组的效率。

今年1月,华中农业大学的一项研究也证明NgAgo可以提高巴氏杆菌和大肠杆菌基因同源重组的效率。

然而,与普渡大学和韩春雨进行的研究不同,本文作者、华中农业大学动物科学技术研究所和农业微生物学国家重点实验室的教授张安迪和金梅林观察到,NgAgo通过NgAgo的PIWI位点和促进同源重组的酶RecA之间的相互作用来促进同源重组。

“当然,我们不排除它的两个原则是有效的。

”张安定在接受《中国新闻周刊》采访时说。

然而,应该注意的是,华中农业大学和普渡大学目前的研究集中在原核生物中NgAgo的裂解。

“我们不打算重复韩春雨论文中的研究结论,即编辑哺乳动物细胞中的基因。

所罗门说,“现在说NgAgo能否应用于人类细胞的基因编辑还为时过早。我们可以说,它是另一个可以增强细菌基因编辑的工具,可以在生物燃料生产和制药中发挥作用。

“事实上,在韩春雨论文成果发表之初,中国曾一度掀起后续研究热潮。

据一位不愿透露姓名的知情人士透露,此前国内六七家在这一领域实力更强的科研机构都对NgAgo感兴趣。

然而,在韩春雨的论文受到热烈欢迎和强烈质疑后,这些研究者逐渐退出了研究领域。

相比之下,全球范围内对NgAgo甚至更广泛的Ago蛋白家族的研究仍在进行中。

今年2月,加州理工学院生物工程系教授阿列克谢·阿拉文(Alexei Aravin)发表了一篇关于bioRxiv的论文,称来源于丁酸梭菌的CbAgo活性高,可用于在中等温度下切割单链和双链的脱氧核糖核酸。

阿拉文进一步指出CbAgo在37℃时可能在真核细胞中具有活性。

前面提到的荷兰瓦赫宁大学教授范德奥尔斯特(Van der Orst)最近在bioRxiv上发表了类似的研究结果。

然而,他在接受《中国新闻周刊》采访时说:“到目前为止,我们还没有使用CbAgo来编辑人类细胞基因组。如果应用它,需要更多的优化。”

一位长期在中国权威研究所研究Ago蛋白家族的研究员表示,一开始,韩春雨的研究只是该领域众多科研成果之一,即使文章的结论成立,也没有什么值得特别关注的。

他的研究引起轰动的原因主要是媒体炒作。

在她看来,目前,Ago蛋白不适合作为基因编辑工具,“就像拿一把非常钝的刀来切肉一样”,“但它并不排除用什么方法来对蛋白或两三种蛋白一起工作进行非常大的修饰,研究者应该想出一些更有用的方法。

一旦基础研究有了突破,应用方面的突破很快就会接踵而至。

那么突破在哪里?我认为我们需要给更多的时间。

“上述不愿透露姓名的内部人士表示,根据国内外最新研究成果,NgAgo有其科学研究价值,“显示出许多值得我们研究的效果”。

他认为,与国外的持续跟进相比,如果国内政府因为韩春雨被“杀害”而不再关注这项研究,那么它在这一领域将处于落后和被动的地位。

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