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猪心移植人体背后:36岁哈佛华裔女学霸敲除猪致病基因

加新网CACnews.ca| 2022-1-14 09:31 |来自: 3D实验室

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【导读】几天前,美国57岁男子成功接受了转基因猪心的移植手术。这项技术的突破,背后离不开一位36岁华人女科学家的贡献。她被称为「基因剪刀手」,毕业于北大-哈佛的真学霸。




3D实验室欧老师,视频号几天前,美国马里兰大学医学中心完成了人类历史上首例转基因猪心脏移植人体手术。




然而,这不是一颗普通的猪心脏,而是通过转基因技术免除了器官移植手术最大的风险——排异反应。你知道吗?这项技术的突破,背后离不开一位华人女科学家的贡献。 她便是杨璐菡,被称为「基因剪刀手」,毕业于北大-哈佛的真学霸。




CRISPR「剪掉」小猪致病基因要知道,猪可是人体器官移植供体最佳动物之一。 一直以来,将猪器官移植到人体存在着两大风险:一方面猪的基因本身携带内源性逆转录病毒(PERVs),另一方面猪器官会在人体内产生排异反应。




5年前,杨璐菡领导团队成功运用CRISPR-Cas9「基因剪刀」技术灭活猪细胞中的致病基因。 这项研究Inactivation ofporcine endogenous retrovirus in pigs usingCRISPR-Cas9曾在2017年8月10日发表在Science期刊上。




论文链接:https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aan4187先前的研究工作中,大多数基因改造都是在一个基因层面上修改。而杨璐菡团队面临的科学难题便是如何在猪的单个细胞修改62个基因,也就是内源性逆转录病毒(PERVs)。更重要的是,还要保证基因组的完整。杨璐菡利用CRISPR-Cas9基因编辑工具攻克这一难题,不仅大大提高了基因编辑效率,还缩短了培育基因改造猪的时间。可以看出,在mRNA基准水平上,所有猪基本上实现了内源性逆转录病毒100%的清除率。




注:棕色是1天大的小猪; 蓝色是5-7天大的小猪; 绿色是15-19天大的小猪研究中,科学家们还检索了猪成纤维细胞基因组内存在的PERVs,共发现了25种。他们同样利用CRISPR技术将这25种PERV的基因位点灭活。




这个便是一只诞生的PERV灭活小猪,它叫LaiKa,照片拍摄于出生后的第二天。




正是杨璐菡团队CRISPR-Cas9这一基因敲除技术的贡献,从根本上解决了猪器官移植到人体内可能导致病毒传染的风险。但是这位女神科学家的研究不仅于此。正如我们熟知的「石墨烯驾驭者」曹原是Nature狂魔,杨璐菡可以称得上是Science和Nature的狂魔。




2周大的PERV灭活小猪其实,早在2013年,杨璐菡就将CRISPR系统成功应用于人类细胞基因编辑,同样发表在国际期刊Science上。




论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.12320332015年,杨璐菡以并列第一作者的身份在Science上发表了CRISPR-Cas9在细胞内修改基因的工作的论文。




论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad11912020年9月,一篇Extensive germline genome engineering inpigs论文发表在Nature上,成功研发出第一代可用于临床的异种器官移植雏形「猪3.0」。




论文链接:https://www.nature.com/articles/s41551-020-00613-9去年12月,发表在国内《器官移植》这份核心期刊上,也可以看到杨璐菡的名字,作者身份是杭州启函生物科技有限公司。




研究探讨了基因编辑猪在异种器官移植的应用前景。研究人员将1只猪内源性逆转录病毒(PERV)敲除,联合3种主要异种抗原基因敲除,以及抑制补体活化、调节凝血紊乱、抗炎抗吞噬的9种人源化基因转入猪(PERV-KO/3-KO/9-TG)作为供体,获取其心脏、肝脏和肾脏,分别移植给3只恒河猴受体,建立猪-猴异种器官移植临床前研究模型。研究结果显示,基因编辑猪(PERV-KO/3-KO/9-TG)在克服超急性排斥反应、缓解体液性排斥反应及凝血紊乱方面具有一定优势,但其能否作为临床异种器官移植潜在供体需进一步评估。

别人眼中的学霸  80后的杨璐菡,是个土生土长的川妹子。1986年,她生在山水灵秀的巴蜀小县城,父亲是公务员,母亲是会计师。从小,璐菡就是我们父母嘴上经常说的「别人家的孩子」,自律和努力是她的标签。




「哪有什么天才,只是比别人多了一份努力。」杨璐菡的成功同样没有任何捷径可言。 杨璐菡曾表示,小时候爸妈都很忙,妈妈身体还不好,我从小就不想让他们操心,非常努力。我学习也不是一直都很好,如果你去问我的同学,他们可能会说璐菡很努力!其实也像大多数人一样,很吃力的。15岁那年,她以峨眉山市中考第一名的成绩考入成都七中。从高二开始,她加入生物竞赛队伍,用一年时间把所有生物系本科生和研究生的课程都学完,她基本上靠自学。




那时的杨璐菡经常跑去四川大学旁听,她表示几乎听不懂。 「看两三遍就会懂了。」这样的自学对一位高中生而言实在考验自律性和自学能力。功夫不负有心人,璐菡用天赋和努力克服了重重困难,顺利地参加了国际生物奥林匹克竞赛。2004年,璐菡代表中国在第15届国际生物奥林匹克竞赛中荣获金牌。




顺理成章地,她被招入北京大学生命科学学院继续学习。2008年,拿到生命科学和心理学双学士学位后,璐菡前往哈佛大学深造,在那里继续攻读硕士和博士学位,及开展博士后研究工作。从此,这位青年女科学家踏上了一条与基因难解难分的科研之路。

师承「合成生物学之父」George Church俗话说,名师出高徒,杨璐菡在基因研究上取得的进步离不开导师的正确指导。




她的导师George Church博士是有「合成生物学之父」美誉的哈佛医学院遗传学系教授,也是美国科学院和工程院双料院士。研究领域包括基因组测序及数据分析、合成生物学、基因组工程、个人基因组学等。




GeorgeChurch教授曾被预言有望获诺贝尔奖,此前,他已获得富兰克林·鲍尔科学成就,2017年,他还被《时代》杂志评选为世界上最具影响力的100个人之一。早在1984年,George Church以第一作者,导师Walter Gilbert第二作者,发表了首个直接基因组测序方法。在2017年的一次采访中,谈及基因科学下一个重大突破会是什么时,George Church教授认为,是「编写」DNA,而非「编辑」DNA。 George Church教授认为,「编写DNA」包括添加基因、删除基因(或降低基因表达)以及精准编辑,最终能在任何想要的地方,写入想要的基因。添加基因时,基因能插入到染色体的任何一个位置。删除或是降低基因时,要么引入一个干扰分子,要么直接攻击这个基因,把它弄成一团糟,几乎没有什么办法能彻底移除一个基因。

差点没从哈佛毕业早在2015年,杨璐菡就开启了创业历程,和导师George Church共同创办了名为eGenesis的生物技术公司。这是一家致力于推动异种器官移植临床应用,她也是eGenesis的首席科学执行员。




2017年回到国内,杨璐菡正式出任了杭州启函生物科技有限公司的CEO。




同年,杨璐菡入选达沃斯世界经济论坛(World EconomicForum)评出的2017年度「全球青年领袖」。2020年9月,入选《财富》(Fortune)2020年度「全球40位40岁以下商界精英」榜单。




人们看到的是,杨璐菡所取得的成功与身上的光环,但人们可能不知道,她差点没从哈佛大学毕业。




2018年4月,加拿大温哥华,杨璐菡在TED2018的后台进行排练在高中读书时,杨璐菡因忙于生物奥赛而耽误了英语学习,导致她的英语成绩一直不给力。在异国求学,因为语言困难,她很难进行深入的专业学习,连哈佛大学的资格考试都显得力不从心。因此,她被要求参加为期一年的语言班学习,才能继续留在哈佛。 在英语水平提高之前,她无法在实验室「浪费」一分一秒。




幸运的是,George Church教授表示,自己可以理解杨璐菡想要表达的内容。 作为导师,GeorgeChurch教授不会让自己的学生把时间浪费在语言上。在整个研究生阶段,几乎每周,杨璐菡都会和导师进行学术讨论,也会交流科学、文化和社会各种话题。 「是GeorgeChurch教授重建了我的信心!」回首过往,杨璐菡深深感慨。 GeorgeChurch教授教给她的远不只是学术,还教会她如何成为一个真正伟大的领导者。


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