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2017.3.6 每日早知道

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浏览:- 发布日期:2017-03-06 08:50:01【

周一

Science:重磅!科学家利用干细胞首次开发出“人工小鼠胚胎”
近日,来自剑桥大学的科学家利用两种类型的干细胞以及3D支架,成功在培养基中制造出了一种类似小鼠胚胎的结构,相关研究刊登于国际杂志Science上。理解胚胎发育的早期阶段一直是科学家们非常感兴趣的领域,因为其能够帮助解释为何有超过三分之二的人类妊娠会发生失败。

一旦哺乳动物的卵细胞同精子结合受精,其就会进行多次分裂产生一种小型的漂浮状态的干细胞,这种特殊的干细胞最终就会制造出人类完整的机体结构;胚胎内部的胚胎干细胞(ESCs)簇会向胚泡的阶段发展,胚泡中的其它两类名为胚外滋养层干细胞(TSCs)则会形成未来的胎盘结构,原始内胚层的干细胞会形成所谓的卵黄囊,从而确保胎儿的器官能够正常发育,并且为胎儿发育提供营养。

此前研究人员仅利用胚胎干细胞来尝试制造出胚胎样结构只取得了有限的成功,这是因为早期的胚胎发育需要不同类型的细胞之间互相协调完成;然而在本文研究中,研究人员利用遗传修饰化的小鼠ESCs和TSCs,结合名为细胞外基质的3D结构支架,开发出了一种能够进行自我组装的结构,同时这种结构的发育以及架构非常类似于自然胚胎的状态。研究者Magdalena Zernicka-Goetz教授说道,胚胎和胚外细胞会开始彼此交流,并且组装成为和胚胎非常相似的结构,在研究中我们发现两种类型的干细胞之间存在明显的交流,从某种意义上来讲,这些细胞能够告诉彼此胚胎能够开始发育的地方。

不同类型的干细胞之间的相互作用对于胚胎发育非常重要,但需要指出的是,本文研究中研究者发现两类干细胞(ESCs和TSCs)可以真正地互相引导,如果没有这种伙伴关系,胚胎形状的正确发育、形成以及关键生物学机制的活性或许就不会适当地发生。将这种“人工胚胎”比喻为一种正常发育的胚胎结构,研究者就能够发现这种“人工胚胎”的发育遵循着正常的模式来进行自我组装。

研究者表示,当这种人工胚胎同真实的事物非常相似时,其或许并不能够进一步发育成为健康的胎儿,如果想要继续发育的话,其或许就需要第三种形式的干细胞,即能够提供卵黄囊发育的干细胞。Zernicka-Goetz说道,他们所开发的技术能够促进胚泡在体外植入阶段进行发育,从而就能够帮助研究人员首次对受精后13天的人类胚胎发育的关键阶段进行分析,而且这种最新的发育阶段能够帮助克服人类胚胎研究的主要屏障,即胚胎的短缺,当前研究人员主要是通过人工受精门诊所提供的卵细胞受精后的胚胎进行研究。

研究者表示,利用这种新型技术,对人类胚胎和胚外干细胞进行研究或许就能够在模拟胚胎发育的关键事件,而这或许也能够帮助他们在不对胚胎进行研究的情况下来研究胚胎发育关键阶段的重要事件。理解胚胎正常发育的过程对于阐明为何胚胎发育失败或许具有一定的指导意义。

最后研究者Andrew Chisholm表示,我们在培养基中首次开发出了人工小鼠胚胎,这对于我们研究哺乳动物发育的最早期阶段或许提供了一定的研究材料,进行基础性研究对于我们解决很多研究难题,阐明人类发育的关键过程,以及理解婴儿在母体环境中发生缺陷甚至死亡的原因非常重要。(生物谷Bioon.com)


Cell子刊:科学家提出利用CRISPR加快植物驯化
在存在的30多万种植物物种中,仅三种物种---水稻、小麦和玉米---占据着人们消费的大多数植物食物,这部分上是因为在农业历史上,让这些农作物最容易收割的突变产生了。但是来自丹麦哥本哈根大学的研究人员声称利用CRISPR技术,人们不必等待大自然协助植物驯化。在于2017年3月2日在线发表在Trends in Plant Science期刊上的一篇综述论文中,他们描述了基因编辑如何可能能够让有营养的可持续种植的野生豆科植物、藜麦或苋属植物更适合种植。这篇综述论文的标题为“Accelerating the Domestication of New Crops: Feasibility and approaches”。

论文通信作者、哥本哈根大学植物学家Michael Palmgren说,“在理论上,你如今能够获得这些在几千年农作物驯化中挑选出来的性状,如苦味下降和那些促进容易收割的性状,并且诱导从不能栽培的植物发生具有这些性状的突变。”Palmgren领导哥本哈根大学的一个被称作“植物改变世界”的跨学科智库。

利用不那么精确的基因编辑技术,这种方法已被成功地用于加快驯化被低估的农作物。比如,科学家们利用化学突变诱导垂枝的水稻植物发生随机突变,从而使得它在成熟后更可能紧紧抓住它的种子。这种垂枝的水稻植物是一种与驯化水稻存在亲缘关系的澳大利亚野生水稻物种。在野外的一种被称作水芹的杂草中,科学家们利用RNA干扰沉默参与脂肪酸合成的基因,从而导致种子油质量改善。

Palmgren说,“我们如今吃的所有植物都是突变体,但是这些农作物是人类经过几千年挑选出来的,而且它们的突变是随机产生的。利用基因编辑,我们能够培育出‘生物启发的有机体(biologically inspired organisms)’,即我们不想要改进大自然,我们想要从大自然已制造出的东西中获得启发培育出所需的有机体。”

这种策略也有潜力解决与杀虫剂使用和大规模农业生产对环境的影响相关的问题。比如,在化肥中,过量氮元素的流失部分是一种常见的污染物;然而,野生豆科植物通过与细菌共生,能够将大气中获得的氮气转化为它们自己的肥料。Palmgren说,“为何不试着驯化更多的这些植物呢?”

在加快植物驯化时,只要涉及对农作物进行基因编辑,就可能产生类似的伦理问题、经济问题和法律问题。然而,公众意见在一定程度上可能存在差异,这是因为这种方法并不从另一种有机体中获得基因,而是剔除现存的基因。对农民和培育者而言,添加未被充分利用的植物品种可能不会立即产生吸引力,这是因为不存在那么大的需求,而且让消费者偏好它们的努力将是必不可少的。然而,实现这种转变的公共物品可能最终是一个卖点。

Palmgren团队在两年前发表一篇相关的论文,在这篇论文中,他们利用基因编辑让驯化植物更加“野生化”因而让有机种植的农民更难种植(Trends in Plant Science, July 2015, doi:10.1016/j.tplants.2015.04.011)。他们希望随着农业不断地满足不断增加的需求,他们能够让公众和政策制定者准备好将基因组编辑用于我们的食物供应中。(生物谷 Bioon.com)

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