再创 · 周刊
见证人造生物文明的发展 2021年 • 第19期
○ Nature: 碱基基因编辑工具实现永久性血脂水平控制○ Nature Communications: 用于COVID-19诊断的快速、准确、可扩展和便携式测试系统○ ACS Synthetic Biology: 可编程的生物群落自组装○ Nature Communication: 利用肠道芯片对治疗苯丙酮尿症的工程化活菌疗法进行分析○ ACS Synthetic Biology: 通过叠层链交换放大设计，最小化基因线路中的泄露表达○ MD Anderson与Refuge Biotechnologies 合作推进下一代治疗实体瘤的细胞疗法○ Artificial 筹集2150万美元，利用自动化加速生命科学领域的突破○ Biogen与Ginkgo Bioworks宣布合作AAV载体生产○ 科学家正在尝试利用海蛞蝓的「吞噬能力」 / 每周热议💬○ 斯坦福大学研究者发现一种全新的基于RNA生物调控分子 / 每周热议💬○ 按需入睡的可植入合成生物学装置赢得了DARPA资助 / 每周热议💬关注再创（Bio-regenesis），后台回复：周刊19，获取本期周刊所有「学术界」的文章原文。
Nature: 碱基基因编辑工具实现永久性血脂水平控制
PCSK9基因是体内基因编辑的一个候选目标。人类PCSK9的罕见突变会导致家族性高胆固醇血症，而自然发生的PCSK9功能缺失的人群中患有胆固醇和动脉粥样硬化心血管疾病的风险降低，且不会出现严重的不良健康后果。近期，来自美国Verve Therapeutics公司的研究人员在Nature杂志发表文章[1]，证明了使用脂质纳米颗粒在体内递送的CRISPR单碱基编辑器可以有效和精确地修改活体猴（Macaca fascicularis）的PCSK9基因。研究人员观察到，单次输注脂质纳米颗粒后，肝脏中的PCSK9几乎被完全敲除，同时PCSK9和低密度脂蛋白胆固醇的血液含量分别降低了约90%和约60%；所有这些变化在单剂量治疗后至少8个月保持稳定。本研究展现了一种永久性的降低低密度脂蛋白胆固醇和治疗动脉粥样硬化性心血管疾病（全球死亡的主要原因7）的方法，同时还为单碱基编辑工具如何有效地应用于肝脏以及其他器官的治疗性目标基因提供了概念验证。Nature Communications: 用于COVID-19诊断的快速、准确、可扩展和便携式测试系统
COVID-19诊断需要快速，准确和可扩展的系统。近期，来自伊利诺伊大学香槟分校的Huiming Zhao团队在Nature Communications报告了一种快速、可扩展的便携式测试系统—SPOT[2]，该设备具有精确的温度控制和荧光检测功能。此系统将RT-LAMP与来自嗜热古生火球菌PfAgo蛋白结合在一起，能够在30分钟内对含有SARS-CoV-2病毒的唾液样本中的N基因和E基因进行检测，其检出限分别为0.44拷贝/μL和1.09拷贝/μL。SPOT系统在测试中用于分析了104个临床唾液样本，并鉴定出28/30（灵敏度为93.3％）SARS-CoV-2阳性样本和73/74（特异性为98.6％）SARS-CoV-2阴性样本。
ACS Synthetic Biology: 可编程的生物群落自组装工程化的微生物群落在广泛的应用中显示出良好的前景，包括环境修复、微生物组工程和精细化学品的合成。近期，来自加州理工学院的David A. Tirrell介绍了通过诱导表面表达异体蛋白域（SpyTag/SpyCatcher和SynZip17/18）来引导细菌聚集的方法，使其形成几种不同的结构。编程细胞群落聚集可以被用来激活群体感应，而群落的大小可以通过控制显示在细胞表面的粘连蛋白的数量来调整。该团队进一步证明，通过添加可溶性竞争肽可以逆转SynZip介导的群落组装。可编程的细菌群落为微生物群落在环境技术、农业、人类健康和生物反应器设计中的设计与开发提供了一个新的思路。相关工作发表在ACS synthetic biology上[3]。Nature Communication: 利用肠道芯片对治疗苯丙酮尿症的工程化活菌疗法进行分析
工程化肠道细菌解决肠道疾病的思路已非常常见，因此，如何验证工程化细菌的有效性以及其在肠道复杂环境下的工作情况，就成了亟需解决的一个问题。来自美国空军实验室与Synlogic的团队，构建了一套模拟肠道微环境的微流控芯片装置，用以表征治疗苯丙酮尿症（PKU）的工程化细菌在此环境下的生物活性，以及其影响血液中苯丙氨酸积累的能力。这项研究向我们展示了如何结合肠道芯片与理论模型来预测候选菌株在实际人体环境下的工作能力。相关工作发表在Nature Communications上[4]。ACS Synthetic Biology: 通过叠层链交换放大设计，最小化基因线路中的泄露表达
无论是在生物体内部还是在工程学应用中，级联放大回路常常被用作信号放大的有力工具。然而，由于初始信号泄露的存在，整体信号放大倍数的变化会被大大影响。来自得克萨斯大学奥斯汀分校的AndrewD. Ellington和Sanchita Bhadra团队近日在DNA的层叠链交换信号放大回路中，通过引入错配碱基，降低了泄露信号的强度，并在一定时间内（4h），相较于没有引入错配碱基的系统，达到了更高的信号放大倍率（3.7*10^4）。相关工作发表在ACS synthetic biology上[5]。
MD Anderson与Refuge Biotechnologies 合作推进下一代治疗实体瘤的细胞疗法
据BUSINESS WIRE报道，合成生物学公司Refuge Biotechnologies联合MD Anderson cancer center于近日宣布了一项战略性合作，用以推进实体瘤相关的细胞疗法。根据该协议，MD安德森将拥有使用Refuge公司的下一代细胞工程平台的独家权利，并将其应用于其自己的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）项目。MD安德森公司还将共同开发Refuge公司的RB-340，一种有HER-2靶向的CAR T细胞疗法。据报道称，该合作还包括新药研究（IND）申请、GMP认证和I/II期临床试验。Artificial 筹集2150万美元，利用自动化加速生命科学领域的突破
据BUSINESS WIRE报道，提供实验室自动化平台的软件公司Artificial今天宣布完成2150万美元的A轮投资，此轮投资将用来加速产品开发，扩大团队，并进一步发展其生命科学合作伙伴关系，以便更快、更有效地实现科学突破。
Artificial 的目标是通过提供统一的软件平台来协调实验室中包括所有人工实验在内所有任务，从而使所有实验室获得自动化的协助。借助其aLab软件套装，实验室可以将以前效率低下且容易出错的流程现代化为无缝、可复现和可扩展的工作流程。首席执行官兼联合创始人David Fuller表示Artificial并非在实验室的技术堆栈中添加其他软件工具，而是希望对实验室的软件、硬件和人员进行编排，从而理解科学目的并将其映射到自动化中。”Biogen与Ginkgo Bioworks宣布合作AAV载体生产
Ginkgo Bioworks宣布SPAC上市后不到两周，宣布Biogen与建立合作伙伴关系。据BioSpace报道，两家公司“旨在重新定义制造重组腺相关病毒（AAV）载体的行业标准”。 根据与Biogen达成的交易条款，Biogen将有权使用Ginkgo的细胞编程平台。Ginkgo将利用其技术和资源来改善百健基因疗法生产的AAV生产效价。Biogen预先向Ginkgo支付了500万美元，而达到合作里程碑后Biogen将另外支付1.15亿美元。
科学家正在尝试利用海蛞蝓的叶绿体吞噬能力
海蛞蝓，又名海麒麟，海兔，叶羊。海蛞蝓在进食海藻的过程中，可以吸收其中的叶绿体。叶绿体可以在其细胞中保存一段时间，这样一来，海蛞蝓便可以利用光合作用为自己提供能量。而这种独特的「吞噬」能力，也吸引着诸多科学家研究其中的奥秘，而这些研究将有可能推动合成生物学的发展。普渡大学的植物生物学中心研究员Josh Widhalm团队正在研究海蛞蝓以何种方式修饰叶绿体以及控制叶绿体功能的机制。该团队认为可以利用从海蛞蝓中获得的新知识来确定如何将异种细胞器引入新的宿主细胞中，而这将为合成生物学的复杂设计提供更多的可能。斯坦福大学研究者发现一种全新的基于RNA生物调控分子
5月17日，斯坦福大学Carolyn Bertozzi团队在《细胞》杂志上描述了一项突破传统认知的发现：各种细胞的表面，分布着一类过去无人知晓的新型生物分子—糖RNA（glycoRNA）。糖RNA指的是糖基化的RNA分子，以一小段核糖核酸（RNA）为支架，上面连着聚糖（glycan）。长期以来的认知中，糖基化修饰会发生在各种脂质和蛋白质分子上，形成糖脂和糖蛋白。然而很少有人想到，RNA分子也是糖基化的主要对象之一。而此工作中的发现将有可能为合成生物学带来新的调控手段和工具。
合成生物学者有时会受益于系统的复杂性，因为丰富的系统将提供更多的调控元件或者设计灵感.而更多的时候，生物工程师则苦恼于这种现象，因为系统本身的复杂性将导致人工生物设计的功能往往不及预期。怪不得合成生物学学者Tom Ellis在Twitter表示：不要再给生物系统增加复杂度了！！
按需入睡的可植入合成生物学装置赢得了DARPA资助
DARPA近期资助了一项结合合成生物学和电子学来控制人员睡眠/唤醒周期的项目，总资助额度高达3300万美元（研发周期为四年半）。该植入装置由美国西北大学设计，名为NTRAIN。该团队设想将NTRAIN植入物植入人的手臂，一旦植入物受到特定光信号的触发，它将产生精确剂量的小分子肽并释放到体内，使人昏昏欲睡。DARPA认为该设备可被军事人员，急救人员和值班人员所使用。
罗纳德·费希尔爵士谈实验设计
在实验结束后咨询统计学家就像是要求他对尸体进行检查：他只能告诉你实验是为何失败的。
（Ronald Fisher是现代统计学的奠基人之一，提出了最大似然估计，方差分析，费希尔精确检验等概念，建立了实验设计的框架）
REFERENCES
Musunuru, K. et al. In vivo CRISPR base editing of PCSK9 durably lowers cholesterol in primates. Nature 593, 429–434 (2021).
Xun, G., Lane, S. T., Petrov, V. A., Pepa, B. E. & Zhao, H. A rapid, accurate, scalable, and portable testing system for COVID-19 diagnosis. Nat Commun 12, 2905 (2021).
Kozlowski, M. T., Silverman, B. R., Johnstone, C. P. & Tirrell, D. A. Genetically Programmable Microbial Assembly. ACS Synth Biol (2021) doi:10.1021/acssynbio.0c00616.
Nelson, M. Tyler, et al. Characterization of an engineered live bacterial therapeutic for the treatment of phenylketonuria in a human gut-on-a-chip. Nature Communications 12.1 (2021): 1-13.
Xiong, Erhu et al. Minimizing leakage in Stacked Strand Exchange Amplification Circuits. ACS Synth Biol (2021) doi: 10.1021/acssynbio.0c00615