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猪器官移植给人  哈佛大学中国女孩杨璐菡被称作“基因剪刀手”
猪器官移植给人 哈佛大学中国女孩杨璐菡被称作“基因剪刀手”
2015/10/15 2:54:36 | 浏览:4653 | 评论:0
今年29岁的杨璐菡2008年本科毕业于北京大学,目前在哈佛大学攻读博士后。她曾因第一个利用CRISPR-Cas9技术修改细胞基因组,并与导师、基因编辑大牛乔治·丘奇领导eGenesis,在2014年被福布斯杂志评为30岁以下30个科学医疗领域领军人物之一。

猪器官移植给人  哈佛大学中国女孩杨璐菡被称作“基因剪刀手”

12年停滞

上世纪90年代,猪器官移植项目一度在全球受到追捧,但没想到后来发现猪的基因组里面有内源性逆转录病毒存在,最终被明令在找到解决办法前,停止一切异种器官移植的临床试验。

杨璐菡说:“由于无法预期什么时候,以及用什么方法来解决这些问题,异种器官移植行业遭到了重创,经历了12年的停滞。”从2014年起,杨璐菡作为异种器官移植课题带头人,带领10个人的科研团队利用新发明的“基因剪刀”技术,敲除猪基因组中可能的致病基因。

美国哈佛大学和生物技术公司eGenesis研究人员最近利用一种新的基因编辑技术,敲除了猪基因组中可能有害的病毒基因,从而扫清猪器官用于人体移植的重大难关,为全世界亟需器官移植的上百万病人带来希望。

鉴于这项成果的意义重大,美国《科学》杂志一次性审稿,并提前在线刊登论文,而不是按惯例等到每周的星期四发表。哈佛大学和eGenesis异种器官移植课题带头人杨璐菡告诉记者:“这个工作扫除了10多年前发现猪内源性逆转录病毒后在这个领域的最大的安全障碍,也重新燃起了大家对异种器官移植的信心。”

医学革命

将猪器官移植到人类身上、用于治疗糖尿病、帕金森综合征和失明等疾病的尝试虽然“近在眼前”,但实质性的器官移植,包括心脏、肾脏和肝脏等,尚需“数年等待”。

猪器官移植给人  哈佛大学中国女孩杨璐菡被称作“基因剪刀手”

猪的很多器官与人类似

器官移植有何障碍?猪的基因组里有病毒 会“跳”到人的基因组中

据不完全统计,全世界大概有200万人需要器官移植,但是器官捐献的数量远远低于需要的人数。移植器官供体不足随着老龄化和慢性疾病的多发而愈发严重。猪的器官因为大小和功能和人类似,被认为是最有可能成为能移植到人的异种器官。

上世纪90年代,欧美政府花大力气来推动猪器官移植项目,几个全球大药厂也投了巨资希望解决猪器官的人体排斥问题,但没想到后来发现猪的基因组里面有内源性逆转录病毒存在,最终世界卫生组织和美国政府都明令,在找到解决办法之前,停止一切异种器官移植的临床试验。

据了解,内源性逆转录病毒是嵌在细胞内基因组的病毒,在猪身体里面不会有毒性。但当猪的细胞和人的细胞接触时,这种病毒会从猪的基因组“跳”到人的基因组中。

异种病毒传播最典型的例子就是艾滋病病毒(一种逆转录病毒)从灵长类动物传播到人类,至今还没有有效彻底的医疗方法防御和清除艾滋病毒。因此,猪基因组的内源性逆转录病毒成为人体移植利用猪器官面临的一个重大医疗风险问题。

这是一种什么技术?“基因剪刀” 敲除可能的致病基因

杨璐菡说:“由于无法预期什么时候,以及用什么方法来解决这些问题,异种器官移植行业遭到了重创,经历了12年的停滞。”

杨璐菡和她在哈佛的博士生导师、美国科学院及工程学院双料院士George Church(乔治·丘奇)创立了一家叫eGenesis的生物技术公司,致力于推动异种器官移植临床应用。从2014年起,杨璐菡作为异种器官移植课题带头人,带领10个人的科研团队在哈佛和eGenesis利用新发明的一种叫做CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技术,敲除猪基因组中可能的致病基因。

此前,大多数的基因改造都是一个基因层面上的修改,CRISPR-Cas9的最高纪录也就是一次改造6个基因拷贝。而在猪细胞中,一个细胞有62个拷贝的内源性逆转录病毒基因需要修改,并且必须保持基因组的完整性。“这是一个非常艰巨的任务,”她说,“即使在2014年波士顿大雪封城,全城交通瘫痪的一个星期,我们的队员仍花几个小时步行到实验室,继续开展实验。”

当丘奇和杨璐菡改造后的猪细胞和人的细胞一起培养时,他们发现,猪病毒“侵染率下降到了至少以前的1/1000”,“在监测灵敏度范围内检测不到任何侵染”。“我们相信这个工作,和我们展示的技术的可能性,会带领异种移植这个领域焕发蓬勃新生机,”杨璐菡说。

29岁、成都七中校友、高二去川大听生物课、“像听天书一样”

今年29岁的杨璐菡2008年本科毕业于北京大学,目前在哈佛大学攻读博士后。她曾因第一个利用CRISPR-Cas9技术修改细胞基因组和领导eGenesis,而被福布斯杂志评为2014年30岁以下30个科学医疗领域领军人物之一。

2004年,还是成都七中学生的杨璐菡代表中国参加在澳大利亚举行的第十五届国际中学生生物学奥林匹克竞赛获得金牌。她在回忆这段成都求学的经历时表示,这段经历对她现在的学习生活产生了深远影响。

杨璐菡回忆,她从高中二年级开始参加生物竞赛。“现在看来,竞赛带队老师的鼓励和指导是我竞赛成功最主要的因素,老师其实承担了很大的压力和责任,但老师不辞辛劳,竭力为我们找大学老师教课,带实验,带我们去湖南培训,关心我们的学习和生活。毫不含糊地说,如果没有那么负责任的老师,我和当时搞竞赛的同学不会取得那么好的成绩,也不会有以后继续学习生物的动力和自信。”

竞赛对杨璐菡产生的影响是毋庸置疑的。“首先,它让我有了敢为人先的勇气和信心,让我有机会培养自己自学的方法和定力。”

她举了一个例子。“我们高二的时候学习大学课本的生物化学课,这对大学生来说都是很难的课程,不要说对一个没有太多化学背景的高中生。但是,老师给我们的信息是‘你一定可以学懂的’,所以我们就抱着这个信心,去四川大学像听天书一样听大学老师讲课,课后自己看书、做题、讨论。就这样从根本不懂,到开窍,到慢慢有些感觉,再到理解和应用。其中当然走了很多弯路,但最终的结果是一个高中生学会了大学最难的生物化学知识。进入北大,到大学三年级时正式学生物化学的时候,才发现连北大的同学都很吃力。”

这些经历给了她很多启发。“别人不做的事情,不是办不到,只是不常规而已。”她说,这个信念让她有勇气在哈佛博士研究生课题里选择了很难的课题,毕业之后在美国创业。

第二个帮助就是学习的方法和钻研的精神。因为要参加竞赛,她必须在很短的时间内啃下10多本大学课程书。对一个高二学生来说,这个需要极大的决心,也需要巧妙的方法。“现在想想,有一年的时间好好看书,学习那么多知识,有那么多老师来专门指导,是很幸福的一段成长经历。”成都商报记者 王冕

现在哈佛大学 从事博士后研究

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杨璐菡近照

2001年从峨眉一中毕业,以峨眉山市中考第一名的成绩考入成都七中;

2004年7月代表中国赴澳大利亚参加第15届国际生物学奥林匹克竞赛并荣获金牌,被北京大学生命科学学院点招;

2004~2008年就读于北京大学生命科学学院本科,后前往哈佛大学攻读博士学位,毕业后曾任哈佛大学助教、波士顿咨询集团夏季顾问,现在哈佛大学从事博士后研究工作;

在哈佛,杨璐菡在著名遗传学教授、基因测序专家乔治·丘奇的实验室攻读博士后,领衔参与CRISPR-Cas9基因编辑技术。该技术旨在尝试利用基因修改技术改造人类卵细胞遗传基因,希望借此修补可能导致乳腺癌、卵巢癌等疾病的缺陷基因。

2014年,《福布斯》杂志评选出了2014年度科学及医疗领域30位30岁以下青年领军人物。杨璐菡榜上有名,年仅28岁。

哈佛医学院:猪或成为完美的人类器官捐献者

(郭科)
 
最近美国哈佛医学院遗传学实验室的乔治·邱奇和他的研究小组宣称,他们攻克了让猪成为人体器官捐献者的一个最大难关——断绝猪内源性逆转录病毒(PERVs)在器官移植接受者体内重新激活的可能性。这一历史性突破,有望使猪成为完美的人类器官捐献者

猪器官移植给人  哈佛大学中国女孩杨璐菡被称作“基因剪刀手”

  图中对话:“你的器官捐献卡填好了么?”

在自然界,猪与人类之间的紧密亲缘关系让其具有了成为人类器官捐献者的潜力。几十年来,科学家也一直努力使其成为人类器官移植的稳定供应源,但人体免疫系统的排斥反应和猪基因中病毒造成的感染是研究的两大阻碍。此次,邱奇领导的研究解决了这些问题。他们通过CRISPR/Cas9基因编辑技术成功地在猪胚胎中灭活了62种PERVs。这一数量是科学家在其他动物身上所能灭活的内源性逆转录病毒数量的十倍。研究人员认为,这一成就使他们能够制造出合适的人类器官捐献者。

据物理学家组织网报道,邱奇的研究小组还对猪胚胎中超过20个基因进行了修饰,以解决器官移植后的人体免疫系统的排斥反应问题。研究小组目前拒绝透露所修饰的具体基因包括哪些,但表示要使得猪成为人类器官移植的来源,对某些基因的修饰和灭活PERVs二者缺一不可。

灵长类动物的基因组中拥有一百多万个特定类型的重复元件副本(Alu),被认为是逆转录病毒衍生物。最新研究表明,猪基因组中大约有11%的重复元件(PRE-1),这一比例与灵长类动物的Alu几乎相同。研究人员在《自然》杂志上发表的研究报告称,这些猪重复元件的结构和功能非常类似于灵长类动物的Alu,暗示人类和猪之间存在比之前所认为的关系亲近得多。

研究人员希望能尽快把经过基因编辑的猪胚胎植入母猪体内。邱奇称,猪是一种能同时作为食物、宠物和器官备份的动物,如果通过基因编辑也能给猪装上声带,它们也许就能够与人类谈判达成协议,以后面两种身份服务,而不仅仅只作为食物。

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