周刊 24丨基因编辑实现临床里程碑​/中国首个CAR-T细胞药品获批/第一代通过基因组设计的杂交马铃薯/自主超突变快速生产抗体

再创 · 周刊

见证人造生物文明的发展 2021年 • 第24期

目录 / Contents

学术界📄

○ Cell：中国团队开发出了第一代通过基因组设计的杂交马铃薯

○ Nature Communications：通过定向进化改善非经典氨基酸——吡咯赖氨酸的生物合成

○ Nature Chemical Biology：使用工程化调控降解的RNA以预测和控制RNA的寿命

○ Nature Catalysis：代谢过程改造酵母以实现多胺和多胺类似物的发现和生产

○ Nature Chemical Biology：在酵母中通过自主超突变快速产生有效的抗体

○ Nature Communications：来自基因工程多肽的超强生物胶水

○ Current opinion in Biomedical Engineering：工程遗传稳定性的设计模式

工业界🏭

○ 中国首个CAR-T细胞药品获批上市

○ Intellia 和 Regeneron 公布了基因编辑疗法领域具有里程碑意义的临床数据

○ DNA Script推出全球第一台由酶促法驱动的台式DNA合成仪

○ Strand Therapeutics在超额认购的A轮融资中获得5200万美元

其他

○ 未来你的香草味甜点可能会含有一些塑料成分, 但这是个好消息 / 每周热议💬

○ Future Meat Technologies 推出全球首个工业化养殖肉类生产设施 / 每周热议💬

○ Novavax的蛋白质亚基疫苗是如何设计的？ / 每周芝士🧀

01

学术界📄

关注再创（Bio-regenesis），后台回复：周刊24，获取本期周刊所有「学术界」的文章原文。

Cell：中国团队开发出了第一代通过基因组设计的杂交马铃薯

马铃薯是世界上最重要的粮食作物之一，全球超过13亿人口以马铃薯作为主食。栽培马铃薯是依靠薯块进行无性繁殖的同源四倍体物种。由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗传改良进程缓慢。将马铃薯从克隆繁殖的四倍体改造为种子繁殖的二倍体杂交马铃薯，是农业领域的重要研究热点之一。但是由于二倍体杂交有害突变，开发高度纯合的自交系便成了培育优质杂交马铃薯的先决条件。

近期，来自中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队该研究团队利用基因组的系统解析和基因编辑技术解决了自交不亲和与自交衰退两个关键障碍，开发了一代高纯合度（>99%）且可育的马铃薯品系“优薯1号”，产量接近3吨/亩。这项研究将马铃薯育种从一种缓慢、非累积的模式转变为一种快速迭代的模式，有望进一步推动杂交马铃薯的全面产业化，为农民和消费者带来广泛的利益。相关工作发表在Cell上。[1]。

Nature Communications：通过定向进化改善非经典氨基酸——吡咯赖氨酸的生物合成

吡咯赖氨酸（Pyl）在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现，是目前已知的第22种参与蛋白质生物合成的氨基酸。Pyl是一种由UAG密码子编码的非经典氨基酸，而UAG本身的终止密码子性质导致吡咯赖氨酸的生物合成较为困难且效率很低。近期，来自莱斯大学的Matthew Bennett团队为了改善大肠杆菌对 Pyl 生物合成毒性的适应能力，开发了「交替噬菌体辅助非连续进化 (Alt-PANCE)」系统。该团队利用该进化系统使得含Pyl 的报告蛋白的产量提高了 32 倍。Alt-PANCE 为改善宿主对表现出毒副作用蛋白质的适应能力提供了一种通用的方法。相关工作发表在Nature Communications上[2]。

Nature Chemical Biology：使用工程化调控降解的RNA以预测和控制RNA的寿命

生物技术应用迫切需要协调RNA和基因表达动态的能力。原位RNA稳定因子或工程化的5′稳态发夹结构已被用于调节转录本的半衰期以控制重组蛋白的表达。然而，这些方法大多是临时性的，缺乏可预测性和模块化功能。来自亚利桑那州立大学的Alexander A. Green & Xiao Wang 团队建立了一个被称为降解调谐RNAs（dtRNAs）的RNA模块库，它可以在体内和体外增加或减少转录本的稳定性。dtRNAs可以在对翻译启动的影响最小的情况下，在大肠杆菌中40倍的动态范围内调节转录本的稳定性。该团队利用信使RNA和非编码RNA中的dtRNAs来调整基因线路的动态，增强体内的CRISPR干预作用。在无细胞转录-翻译反应中使用稳定的dtRNAs也可以调整基因和RNA配体的生产。最后，该团队将dtRNAs与Toehold开关传感器结合起来，以提高基于纸张的诺瓦克病毒诊断的性能，这表明了dtRNAs在生物技术应用中的潜能。相关工作发表在Nature Chemical Biology上[3]。

Nature Catalysis：代谢过程改造酵母以实现多胺和多胺类似物的发现和生产

结构复杂、种类繁多的多胺和多胺类似物是潜在的治疗剂和农用化学品，可以解决巨大的社会挑战，例如健康老龄化和可持续的食品生产。然而，其结构的复杂性和在自然界中的低丰度阻碍了批量化学合成或从自然资源中提取。来自丹麦理工大学的Jens Nielsen团队对面包酵母的代谢进行了重新编程，并利用自然界中多样化的生化工具库来实现多种多胺和多胺类似物的完整生物合成。该团队采用了系统工程策略，实现了克每升级产量的亚精胺（一个多胺代谢的核心代谢物）。为了证明多胺平台的潜力，该团队引入了各种多胺合成酶和依赖ATP的酰胺键形成系统，用于天然和非天然多胺类似物的生物合成。酵母平台作为一种资源，加速了多胺和多胺类似物的发现和生产，从而解锁了药理和杀虫相关研究的化学空间。相关工作发表在Nature Catalysis上[4]。

Nature Chemical Biology：在酵母中通过自主超突变快速产生有效的抗体

产生抗体的主要方法仍然是动物免疫，由于体细胞超突变的强大进化过程，它可以产生非常有选择性和有效的抗体克隆。然而，动物免疫本身是缓慢的，并不总是可以获得，而且与许多抗原的兼容性很差。来自哈佛医学院的Andrew Cruse和加州大学欧文分校的Chang Liu团队描述了 "自主超突变酵母表面展示"（AHEAD）。这是一种合成的重组抗体生成技术，可在工程酵母内模仿体细胞超突变。通过在易错正交DNA复制系统上编码抗体片段，表面显示的抗体复合物通过简单的酵母培养周期和抗原结合的富集而不断突变，在短短两周内产生高亲和力的克隆。该团队应用AHEAD产生了针对SARS-CoV-2的S糖蛋白、G蛋白偶联受体和其他目标的强效纳米抗体，为简化抗体产生提供了模板。相关工作发表在Nature Chemical Biology上[5]。

Nature Communications：来自基因工程多肽的超强生物胶水

生物医学胶水的开发是一项重要但具有挑战性的任务，因为需要在一种材料中结合看似相互排斥的多种特性，比如强粘性和适应愈合组织的重塑过程。来自清华大学的Kai Liu和格罗宁根大学的Andreas Herrmann团队报告了一种具有高粘附强度的生物相容性和可生物降解的蛋白质基粘合剂。在坚硬的基质上，最大强度达到16.5±2.2兆帕，这与商用氰基丙烯酸酯超能胶相当，比其他蛋白基粘合剂至少高一个数量级。此外，在软组织上的强粘性使该粘合剂有资格作为生物医学胶水，其性能优于一些商业产品。在粘附过程中没有形成共价键就能实现强大的机械性能。由阳离子增殖多肽和阴离子芳香族表面活性剂组成的复合体，其赖氨酸与表面活性剂的摩尔比为1:0.9，由多种超分子相互作用驱动，从而实现了如此强大的粘附力。该团队证明了该胶水在体外和体内的强大性能，可用于美容和止血，并通过与手术伤口封闭物的比较加速伤口愈合。相关工作发表在Nature Communications上[6]。

Current opinion in Biomedical Engineering：工程遗传稳定性的设计模式

过去的20年见证了合成生物学在开发工程细胞方面的巨大进步，包括生物制造、材料制造以及潜在的治疗和诊断等多种应用。然而，由于出现致使基因通路功能丧失的突变体，维持合成基因通路的长期性能仍然是一个重大挑战。来自杜克大学的Lingchong You团队总结了在导致通路失效和突变体逃逸的合成基因通路的主要弱点，同时还讨论了提高通路长期稳定性和性能的工程策略。这些方法可以分为两种策略：抑制突变体的出现，和在突变体出现时抑制其相对健康度。预计未来对通路故障模式的机理理解将会促进设计进化稳健的合成生物学研究与应用。相关综述发表在Current opinion in Biomedical Engineering上[7]。

02

工业界🏭

中国首个CAR-T细胞药品获批上市

据复星凯特官网声明，国家药品监督管理局已正式批准公司靶向人CD19自体CAR-T细胞治疗产品奕凯达®（阿基仑赛注射液）的新药上市申请，该药品为中国首个获批准上市的细胞治疗类产品，用于治疗既往接受二线或以上系统性治疗后复发或难治性大B细胞淋巴瘤（r/r LBCL）成人患者。

奕凯达®（阿基仑赛注射液）是复星凯特引进美国Kite（吉利德科学旗下公司，以下简称“Kite”）全球首个获批治疗非霍奇金淋巴瘤的CAR-T产品Yescarta®(Axi-Cel)进行技术转移并获授权在中国进行本地化生产的靶向人CD19自体CAR-T细胞治疗产品。此项获批是基于复星凯特在中国开展的一项单臂、开放性、多中心桥接临床试验结果，在难治性侵袭性弥漫大B细胞淋巴瘤中国患者中验证了其有效性和安全性。复星凯特生物科技有限公司为上海复星医药集团与美国Kite的合资企业。公司总部位于上海张江高科技园区。

Intellia 和 Regeneron 公布了基因编辑疗法领域具有里程碑意义的临床数据

2021年6月26日，Intellia和再生元制药两家公司公布了基因编辑疗法领域具有里程碑意义的临床数据：治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性多发性神经病（ATTR）的CRISPR基因编辑疗法NTLA-2001在人体实验中具有安全性和有效性。

NTLA-2001采用脂质纳米粒(LNP)将靶向TTR的gRNA以及Cas9蛋白的mRNA递送到肝脏系统之中，采用基因敲除过程来降低循环 TTR 蛋白水平。正在进行的 1 期试验的中期读数发现，单剂量 0.3 mg/kg 的 NTLA-2001 导致患者血清中的 TTR 平均降低 87%，到第 28 天血清 TTR 降低最多 96%，具有剂量依赖性反应。到第 28 天，前 6 名患者未观察到严重不良事件。相关数据同期发表在在新英格兰医学期刊（NEJM）上。这也是首个支持人体体内CRISPR 基因组编辑安全性和有效性的临床数据。

据Intellia官网介绍，Intellia同期还在进行针对遗传性血管性水肿，A型和B型血友病、镰状细胞性贫血症、急性髓性白血病以及实体瘤等管线的开发。

DNA Script推出全球第一台由酶促法驱动的台式DNA合成仪

近期，DNA Script推出全球第一台由酶促法驱动的台式DNA合成仪—SYNTAX， 该装置是一种完全集成的自动化DNA打印机。SYNTAX 系统包括台式 DNA 打印机、试剂和耗材套件以及管理软件。SYNTAX 系统可并行合成 96 个 DNA 寡核苷酸，在约 6 小时内合成 20 聚体，并在约 13 小时内合成多达 60 聚体，可高效运行过夜。合成完成后，SYNTAX 打印机对寡核苷酸进行纯化、量化和标准化。

随着 SYNTAX 系统的推出，DNA Script 计划通过快速现场、当日合成 DNA 寡核苷酸用于基因组学工作流程（包括终点 PCR、qPCR、扩增子测序和诱变）来加速分析优化的设计-打印-测试周期。

Strand Therapeutics在超额认购的A轮融资中获得5200万美元

Strand Therapeutics是一家开发用于癌症免疫治疗和其他疾病的下一代可编程mRNA疗法的私人公司，近日该公司宣布在由Redmile Group、BeiGene, Ltd.和Camford Capital以及现有投资者Playground Global和ANRI组成的财团中获得5200万美元的超额认购A轮融资。迄今为止，Strand公司总共筹集了6600万美元。Strand公司由基于mRNA的合成生物学领域的领导者创立，正在创建第一个可编程、长效mRNA疗法的平台。经过生物工程化设计，这些疗法能够精确控制其治疗活动的位置、时间、强度和持续时间。Strand公司的目标是利用这些自我复制mRNAs，为癌症和其他威胁生命的疾病开发更好的治疗方案。

03

每周热议💬

未来你的香草味甜点可能会含有一些塑料成分, 但这是个好消息

香草豆赋予甜点和烘焙产品香草特有的风味。科学家们声称他们已经找到了将塑料变成这种美味成分的方法。爱丁堡大学的科学家发现，大肠杆菌可以持续地将废弃的塑料转化为香兰素，即提取的香草豆中的主要成分。香兰素被广泛应用于食品和化妆品行业，也存在于除草剂、消泡剂和清洁产品的配方中。2018年，全球对香兰素的需求超过37,000吨。随着一次性塑料成为全球威胁，越来越需要找到回收来自石油和天然气等不可再生资源的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的方法。科学家使用工程化大肠杆菌将对苯二甲酸--一种来自PET的分子--转化为高价值化合物香兰素。该技术的工作原理是将大肠杆菌加入到降解的塑料垃圾中，使废旧塑料瓶转化为香兰素。虽然研究人员保证所生产的香兰素适合人类使用，但仍需要进一步的实验测试。

Future Meat Technologies 推出全球首个工业化养殖肉类生产设施

2021年6月23日，Future Meat Technologies 在以色列开启了世界上第一个工业培养肉设施。该设施每天可生产 500 公斤培养产品，相当于 5,000 个汉堡包，使可扩展的基于细胞的肉类生产成为现实。目前，该设施可以生产养殖鸡肉、猪肉和羊肉，近期也将开展牛肉生产线。Future Meat 成立于 2018 年，总部位于以色列雷霍沃特。

04

每周芝士🧀

Novavax的蛋白质亚基疫苗是如何设计的？

为了生产蛋白质亚基疫苗，Novavax 的科学家们首先使用杆状病毒将 SARS-CoV-2 刺突蛋白的基因插入到飞蛾细胞中，从而飞蛾细胞的细胞膜上产生刺突蛋白。

然后，科学家们纯化刺突蛋白后并将其与递送载体混合：一种合成的纳米颗粒，平均直径为 30 到 40 纳米。每个纳米颗粒最终可镶嵌着多达 14 个刺突蛋白。最终的成品仅比冠状病毒本身略小，有助于免疫系统将此人工系统视为一种「危险」信号。

最终，科学家将来自植物的免疫佐剂添加在疫苗之中，用于增强免疫反应。

（目前Novavax已经取得具有高保护率的三期临床结果，但是由于研发和生产进度慢于辉瑞、Moderna等其他厂商，Novavax暂未获得FDA紧急授权）

\ END \

REFERENCE

1. Zhu, Y., Wang, P., Li, D., Zhu, G. & Xiong, X. Article Genome design of hybrid potato Article. 1–11 (2021) doi:10.1016/j.cell.2021.06.006.

2. Ho, J. M. L., Miller, C. A., Smith, K. A., Mattia, J. R. & Bennett, M. R. Improved pyrrolysine biosynthesis through phage assisted non-continuous directed evolution of the complete pathway. Nat Commun 12, 3914 (2021).

3. Zhang, Q. et al. Predictable control of RNA lifetime using engineered degradation-tuning RNAs. Nature Chemical Biology 17, (2021).

4. Qin, J. et al. Engineering yeast metabolism for the discovery and production of polyamines and polyamine analogues. Nat. Catal. 4, 498–509 (2021).

5. Wellner, A. et al. autonomous hypermutation in yeast. Nat. Chem. Biol. doi:10.1038/s41589-021-00832-4.

6. Ma, C. et al. Ultra-strong bio-glue from genetically engineered polypeptides. Nat. Commun. 12, 1–14 (2021).

7. Son, H.-I., Weiss, A. & You, L. Design patterns for engineering genetic stability. Curr. Opin. Biomed. Eng. 100297 (2021) doi:10.1016/j.cobme.2021.100297.