转基因昆虫爬行时分泌生长因子:加快难愈合型伤口治疗
2016-04-08 11:49:00   来源:环球网
内容摘要
美国北卡罗来纳州立大学和新西兰梅西大学的研究者发现,现代医学正在使一些已有许多世纪历史的古老技术焕发生机,经过基因工程改造的蛆虫能清洁无法愈合的伤口,并促进细胞生长,使其能够治疗一些原本无法愈合的伤口。

据报道,美国北卡罗来纳州立大学和新西兰梅西大学的研究者发现,经过基因工程改造的蛆虫能清洁无法愈合的伤口,并促进细胞生长。这一工作是利用一种人类生长因子而实现的,这些蛆虫在吞食死亡组织的过程中会分泌这种生长因子。

研究中所用的蛆虫是经过基因改造的丝光绿蝇(学名:Lucilia sericata)幼虫。在被称为“蛆虫清创疗法”(maggot debridement therapy,MDT)的治疗方案中,实验室中培育的不育幼虫被用在了伤口上。这一疗法关注的是难愈合型伤口,特别是糖尿病足溃疡,并且成本效益较好,得到了美国食品与药品监督管理局的认可。

两所大学的研究者采用了两种技术,培育出能够“加快伤口愈合”的蛆虫品种。这些幼虫生成和分泌的是血小板衍生生长因子-BB(platelet derived growth factor,PDGF-BB),能促进细胞生长和存活,推动愈合过程。

 

其中一种技术,研究者使用加热的方法触发了转基因蛆虫体内这种生长因子的生成。尽管在用高压电将蛆虫击晕后,可以在它们体内检测到一定量的特定结构的人类生长因子,但是并没有出现在排泄物或分泌物中。

北卡罗莱纳州立大学昆虫学教授马克斯·斯科特(Max Scott)说:“加热系统可以用来诱导丝光绿蝇生成特定蛋白质,知道这一点很有帮助。但是,蛆虫现实中并不会分泌人类生长因子,使得这一技术不能成为临床应用,比如MDT,的开端。”

尽管第一种方法在临床上不能奏效,但第二种方法中,蛆虫不仅产生了高剂量的人类生长因子,而且是通过排泄和分泌的方式。这意味着,该方法具有很好的临床应用前景。这些发现也预示着,在一些糖尿病治疗十分昂贵的地区,这种疗法或许能使更多的人免于截肢。

“有许多糖尿病患者生活在在低收入或中等收入国家,他们很少有机会接受昂贵的治疗,”斯科特说,“我们将此视为一个原理论证的研究,未来基因工程改造的丝光绿蝇幼虫可以表达多种生长因子和抗微生物肽。长期的目标是,开发一种成本效益较高的伤口治疗方法,能够使患者免于截肢和其他糖尿病有害效应。”

 

肿瘤也能预防了?急性微生物感染能抗肿瘤

肿瘤能预防了?

对!你没有听错,肿瘤也可以预防了,这种慢性病曾经困扰过许多人,但是如今,科学家们已经研究出预防肿瘤的新方法,知力君在这里向科学家们致敬,人类在医学方面又向前迈进了一大步。那么,科学家是怎么发现预防肿瘤的办法呢?到底如何能预防?想看的跟我来~

急性微生物感染能抗肿瘤

肿瘤是人类的梦魇,尤其恶性肿瘤已成为我国因病死亡的第一杀手。近20年来我国癌症死亡率上升了近30%。我们都知道,细菌、病毒等许多微生物都有可能感染人体,这之后大致有两种结局:急性感染和慢性感染。微生物慢性感染不仅会导致各种炎症等疾病,而且还可诱发肿瘤,例如胃幽门螺旋杆菌感染可引起胃癌。在对微生物感染研究取得进展以前,人们普遍认为,微生物感染是对人体健康有害的。然而,越来越多的证据却表明:病原微生物持续存在的慢性感染对人体有害,而感染的微生物最终被清除的急性感染则可能会给人体带来益处。

治疗肿瘤人类曾有过这样的尝试

早在17世纪末,科利(Coley)等人就尝试使用化脓链球菌提取物注射的方法治疗肿瘤患者,这种治疗会引起患者产生39℃的高烧,而高烧能够起到杀死肿瘤细胞的作用,对部分患者有很好的疗效。后来,又有人尝试使用大肠杆菌、牛型分枝杆菌、埃及病毒等微生物治疗各种肿瘤,也都取得了一定的疗效。

微生物感染治疗肿瘤既然有这么好的效果,为什么没有应用到肿瘤的临床治疗中呢?由于这些早期临床试验是直接用微生物感染患者或使用微生物粗提取物向患者注射,这些治疗方式都存在一定的安全隐患,而且在那时,研究人员对微生物抗肿瘤的机制还不清楚,这些原因直接或间接地阻断了利用微生物感染治疗肿瘤的尝试。

热休克蛋白免疫功能的发现

随着分子免疫学的发展,人们逐渐认识到,我们身体中有一种T淋巴细胞(也称T细胞),该细胞对于消灭肿瘤至关重要。然而,T细胞对肿瘤的活化和杀伤需要满足两个条件,一是识别什么是肿瘤细胞,二是需要炎症因子的刺激。那么T细胞是如何识别肿瘤细胞的呢?

原来,急性微生物感染通常引起发热等症状,肿瘤细胞相对于正常细胞而言不耐热,因此身体发热可杀死肿瘤细胞并诱导身体产生一种应对高温的蛋白——热休克蛋白,热休克蛋白结合肿瘤的抗原(即携带肿瘤细胞的“指纹信息”),并将结合的肿瘤抗原最终呈递给T细胞(即将肿瘤指纹信息“告诉”T细胞)。因此,T细胞就能识别肿瘤细胞并将其杀伤和清除。

 

产生炎症因子也是关键所在

T细胞的活化还需要炎症因子。那么,炎症因子是如何产生的呢?我们的身体细胞表面和细胞内部存在许多模式识别受体,模式识别受体具有识别外来微生物的特异性。一旦发现外来感染的微生物,就会刺激细胞产生炎症因子,以对抗微生物的感染。炎症因子实际上和我们通常说的发炎密切相关,在微生物感染的情况下,身体会大量产生炎症因子。这些炎症因子会促进T细胞生长,从而有助于对肿瘤细胞进行杀伤和清除。研究发现,热休克蛋白本身能作用于多种模式识别受体,进而产生炎症因子,这会进一步刺激杀伤肿瘤的T细胞的生长,发挥抗肿瘤的作用。

预防肿瘤的方法到底是什么?

尽管急性微生物感染可预防肿瘤,但出于安全性和伦理等原因的考虑,让健康人有意识地感染病毒或细菌来预防肿瘤并不现实。为此,科学家们正探索利用微生物制剂免疫接种的方式预防肿瘤,赫伯姆(Hobohm,德国应用科学大学)等人建议:健康人可以定期注射免疫微生物制剂,激活模式识别受体,进而增强身体抗肿瘤的T细胞免疫能力。

另外,我国科研人员(中科院微生物所孟颂东团队)于2013~2015年利用热休克蛋白gp96激活T细胞、增强抗肿瘤的免疫应答,通过动物试验和临床肿瘤样本检测,发现该疗法可有效预防和治疗乳腺癌、黑色素瘤、肝癌等肿瘤发生。因此,利用热休克蛋白免疫预防肿瘤是非常有前景的方法,对于肿瘤这样的慢性病预防远比治疗更高效。

新方法能够治愈哪些肿瘤和癌症?

基于对热休克蛋白在激活抗肿瘤T细胞免疫功能中的认识,近年来,用热休克蛋白gp96治疗肿瘤的临床试验相继在美国、英国、德国的医院或癌症中心展开研究。目前,热休克蛋白主要用于肾癌、黑色素瘤、神经胶质瘤、胃癌、肺癌等肿瘤的治疗,临床试验结果发现,其对于治疗恶性肿瘤安全有效,能显著延长肿瘤患者的生存期,部分患者甚至能治愈。

目前,美国食品药品监督管理局和欧盟药监局已经批准利用热休克蛋白gp96自体免疫治疗黑色素瘤、肾癌、脑瘤等多种肿瘤。值得一提的是,2009年4月,世界疫苗大会将“热休克蛋白自体肿瘤治疗疫苗”评价为目前最好的恶性肿瘤治疗性疫苗,这使得利用微生物感染治疗肿瘤这一古老的方法重新焕发出了勃勃生机。

 

科学家发现人类DNA包含远古病毒基因:约有8%

你以为你的DNA全都是人类的DNA吗?恐怕事实并非如此。一项最新研究显示,我们的DNA中属于人类的成分比科学家之前认为的还要少。

科学家在人类的基因组中发现了19种不属于人类的DNA。病毒在数十万年前感染我们的祖先时,将这些基因片段留在了人类体内。

科学家表示,在接受调查的2500名受试者中,有50人的体内存在一段新发现的DNA片段,其中包含一个完整的病毒基因组。目前我们还不清楚该病毒基因组能否复制或繁殖,但另外几项有关古病毒DNA的研究显示,它的确会对携带该基因组的人类造成一定影响。

除了新发现的这些基因片段之外,科学家还证实了此前由其他科学家在人类基因组中发现的17段病毒DNA片段的存在。

科学家检查了每位受试者的整套DNA(即基因组)。受试者们来自全球各地,其中有许多人来自现代人类的起源地——非洲。该团队使用精密的研究技术,将每个人的基因组的关键部位与“参考”人类基因组进行了对比。

该研究团队由美国塔夫茨大学与密歇根大学医学院组成,研究资金由美国国立卫生研究院提供。

HERV病毒新发现

此次的研究发现让我们对人类内源性逆转录病毒(human endogenous retroviruses,简称HERVs)又多了一些了解。内源性逆转录病毒在感染我们的祖先之后,会将自己的RNA转化成DNA,然后嵌进人类的基因组中。引发艾滋病的HIV病毒和这些病毒同属于一种类型。

随着人类一代代繁衍生息,这些来自病毒的DNA也在不断复制,一代代地遗传下来,逐渐形成了我们今天的DNA。事实上,我们所谓的“人类DNA”中,约有8%都来自于病毒。有些内源性逆转录病毒的基因序列甚至还对人类有所帮助。例如,有一段病毒基因能够让孕妇的身体为胚胎加上一层细胞屏障,保护胚胎不受到母体血液中毒素的伤害。

新发现的内源性逆转录病毒属于一类名叫HERV-K的病毒。新发现的完整病毒基因组(又称原病毒)位于X染色体上,被命名为Xq21。它是目前发现的第二种潜藏在人类DNA中的完整原病毒。

研究人员这样说道:

“本次发现的病毒基因组似乎能够制造具有感染性的病毒,如果真是这样的话,那将叫人兴奋不已,因为我们可以获得一次研究远古时期病毒传染病的机会。”本次研究的主要作者、塔夫茨大学医学院的博士生、病毒学家约翰?科芬(John Coffin)说道,“这次研究为我们提供了重要的信息,让我们能够更好地了解逆转录病毒与人类之间的演化过程。”

“许多研究试图将这些内源性病毒片段与癌症和其它疾病联系在一起,但最主要的问题是,我们还没有找全这些病毒,”共同作者扎克利?H?威廉姆斯(Zachary H. Williams)说道,“很多最有意思的病毒片段只存在于一小部分人体内,因此要想找全它们,我们得筛查很多很多人才行。”

“这是一次令人震惊的发现,”共同作者朱莉娅?维尔舒特(Julia Wildschutte)说道,她是一名博士生,在塔夫茨大学科芬的实验室里工作,“它将为我们敞开更多通往新研究的大门。我们还在论文中证实,我们可以将多名受试者的基因数据与人类参考基因组进行对比,从而检测出新的内源性逆转录病毒。但我们也发现,有些人基因中嵌入的病毒基因片段和参考基因组是对不上号的。”

维尔舒特曾是密歇根大学医学院的基因研究人员杰弗里?基德(Jeffrey Kidd)实验室中的一员。“远古时期残余的病毒基因片段并没有对全体人类都造成影响,在今天的人类中,只有一部分人的祖先身上发生了这种情况,”基德说道,“我们已经发现了不少嵌入人类基因中、或潜藏在人类基因附近的内源性逆转录病毒基因片段,这些片段对人类的基因表达会产生一定的影响。我们希望能运用这些方法,寻找其它类型的病毒内嵌片段或跳跃基因。”

团队合作

密歇根大学的研究团队使用了基德和他的团队研发的方法来识别重复的DNA序列,科芬和威廉姆斯则使用了其它技术加以补充。维尔舒特目前正在博林格林州立大学学习。

他们所检查的基因组中,有很多都来自于国际千人基因组计划。还有一套基因组来自于基德和斯坦福大学的同事参与人类基因组多样性计划时所做的研究工作,以非洲志愿者们提供的DNA样本为主要研究对象。

在后面的样本中,研究人员检测出了更多的内源性逆转录病毒基因片段,正好和非洲较高的基因多样性相一致。长时间以来,非洲大陆一直较为稳定,人口不断相互融合,从而产生了较高的基因多样性。而欧洲、亚洲和美洲则与非洲不同,这些地区的基因多样性主要源自于远古时期的外来移民。

要想整理出人类基因组中嵌入的所有内源性逆转录病毒基因片段,科学家需要筛查更多的人类基因组。而随着技术的进步和成本的下降,这一点也会越来越容易。虽然完整的原病毒基因组在我们的DNA中也许十分罕见,但其它内源性逆转录病毒的基因序列对我们的健康造成的影响可能要普遍的多。

 

美科学家合成最小基因组:向生命之谜迈进一步

美国科学家抽丝剥茧,将生命形态回归其本质——他们通过人工合成创造出了一种细菌。这种细菌拥有生长繁殖所必须的最低限度的遗传信息。

英国《金融时报》网站3月24日报道,由基因学先驱克雷格·文特尔带领的研究人员制造出了Syn3.0,即“最小合成细菌细胞”。这是他们在2010年创造的Syn1.0的升级版。Syn1.0是首个由研究人员在实验室中利用化学物质合成其基因组的活细胞。

研究人员希望,Syn3.0能够提供一个平台,让合成生物学家出于特定目的——如生产药物或生物燃料——向之添加基因。不过创造Syn3.0的更直接目的是为了更好地了解生命的基本生化机理。

文特尔表示,由美国《科学》周刊发表的这项研究揭示,人类在生物学知识方面存在“令人吃惊的”空白。

研究小组最初的思路是利用科学文献中的信息来设计一个最小细菌基因组,但以失败告终。他们转而研发基于丝状支原体的Syn3.0,通过逐个剔除并观察结果的方法来搞清丝状支原体901个基因中有哪些是不可或缺的。研究小组将非必要基因一一剔除,最终得到了473个生长复制所必需的基因。

随后,研究人员在实验室中合成了由473个基因进行编码的基因组,并将其移植到另一种细菌山羊支原体中,该支原体自身的DNA已被移除。合成基因组接管了宿主细胞的生物学运作,并产生了一种强壮的细菌。

法新社报道称,美国科学家在实验室中创造出了能够在自然界中生存的最小基因组。这一基因组包含的必要基因足以维持机体运转及自我复制,这是人类向解开生命创造之谜迈出的一大步。

 

与人类携带的两万个基因相比,这个名为Syn3.0的人造细菌基因组仅有473个基因。

首席研究员、人类基因组排序先驱克雷格·文特尔与克莱德·哈钦森及同事,尚未确定其中149个基因的具体功能。不过,研究人员在其他生物体中发现了数个潜在同源基因。这表明,这些基因对功能待定的通用蛋白进行编码。

文特尔解释道:“回答关于生命基本问题的唯一方法就是获得最小基因组。而这么做的唯一方法或许就是尝试人工合成一个基因组。”

于是科学家们将目光对准了支原体,因为这是在能够自我复制的细胞中,已知的拥有最小基因组的细菌。

文特尔说:“假若你对飞机一无所知,现在要研究一架波音777,你试着通过移除飞机零件而找到它们所对应的功能。你将右翼的引擎移除,飞机仍能正常起飞降落。那么你就可以得出结论,这个东西是非必要零件,而在你移除另一个引擎之前,你都无法察觉到它的重要性。这就是生物学领域不断上演的一幕,即我们最初认为的非必要成分可能是成对基因中的一个,直到我们将它的对应物移除后,才能发现它的必要性。”

研究得到的一个关键结论就是,某些最初被划为“非必要”的基因,实际上作为第二基因也执行了同样重要的功能。这就意味着,在最小基因组中,我们必须保留成对基因中的一个。

最小基因组不包括能够修改和限制基因组的基因,而且也没有编码脂蛋白的大多数基因。不过,最小基因组囊括了几乎所有参与读取和表达遗传信息、以及跨代保存遗传信息的基因。

 

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