前沿

■可銷毀特定DNA序列裝置出爐 防止轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境釋放

科技日?qǐng)?bào)訊 英國《自然·通訊》雜志近日在線發(fā)表了一篇合成生物學(xué)論文，描述了一種基于“基因組編輯”CRISPR技術(shù)的裝置，能銷毀轉(zhuǎn)基因生物中特定的DNA序列。控制住特定DNA序列銷毀的能力，其應(yīng)用范圍將包括防止轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境釋放、幫助生物技術(shù)公司保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及避免偷竊等等。

出于對(duì)轉(zhuǎn)基因微生物潛在的環(huán)境釋放的擔(dān)憂，科學(xué)家們?cè)缫验_始開發(fā)各種誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的方法。但是這些方法往往忽視了DNA分子釋放到環(huán)境中的問題。DNA分子的穩(wěn)定性以及測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，通常意味著即使在嚴(yán)苛的消毒處理之后，仍然有基因信息被獲取的可能?，F(xiàn)有的靶向針對(duì)DNA分子的系統(tǒng)，也都聚焦在銷毀全基因組上，這會(huì)讓整個(gè)生物體死去。

自2012年以來，生物學(xué)界開始較為頻繁地使用CRISPR技術(shù)。這種強(qiáng)有力的工具可以對(duì)生物的DNA序列進(jìn)行修剪、切斷、替換或添加。

此次，美國麻省理工學(xué)院的布萊恩·卡連多和克里斯托弗·沃伊特設(shè)計(jì)出一種基于CRISPR技術(shù)的裝置，能穩(wěn)定地結(jié)合到一個(gè)宿主細(xì)菌的基因組中。這個(gè)裝置可以瞄準(zhǔn)用戶選擇的DNA序列，例如質(zhì)粒上攜帶的外源基因。對(duì)于這個(gè)裝置的控制是可誘導(dǎo)的，在特定時(shí)間和特定條件下可以被激活。

研究人員表示，這個(gè)系統(tǒng)可以有效地鎖定并且摧毀預(yù)定的DNA序列，同時(shí)不給宿主的生長或者代謝產(chǎn)生明顯的負(fù)擔(dān)。

■荷蘭微生物家造出類似酷材料:自動(dòng)愈合的“生物混凝土”

科技日?qǐng)?bào)訊 混凝土是世界上最普遍的建筑材料，無論多么細(xì)心地混合加固，所有的混凝土最終都會(huì)產(chǎn)生裂縫，有時(shí)裂縫還會(huì)導(dǎo)致建筑物倒塌。代爾夫特理工大學(xué)微生物教授漢克·約克斯說，“我們發(fā)明了一種生物混凝土——利用微生物自動(dòng)愈合的混凝土?！?/p>

據(jù)雅虎網(wǎng)站報(bào)道，約克斯自2006年起就開始研究這種“生物混凝土”。當(dāng)時(shí)一名混凝土技術(shù)專家提出，可否用細(xì)菌讓混凝土自行修復(fù)。解決這一問題面臨許多挑戰(zhàn)。約克斯最終選擇了孢芽桿菌，因?yàn)樗鼈兿矚g堿性環(huán)境，產(chǎn)生的孢子在沒有食物和氧氣的情況下能存活幾十年。

約克斯說：“之后的難題是，細(xì)菌不僅要能在混凝土中被激活，還要能產(chǎn)生修復(fù)材料——石灰石?！奔?xì)菌必須有食物。最后他選擇了乳酸鈣。約克斯把細(xì)菌和乳酸鈣裝進(jìn)生物降解塑料做成的膠囊，然后把膠囊加入到濕的混凝土中混合。

生物混凝土看起來和普通混凝土一樣，只是添加了額外成分“愈合劑”?；炷脸霈F(xiàn)裂縫后，水進(jìn)入裂縫打開膠囊，細(xì)菌則開始發(fā)芽、增殖并食用乳酸鈣，通過代謝把鈣和碳酸離子結(jié)合，形成方解石或石灰石，逐漸彌合裂縫。

約克斯希望，這種混凝土能開啟一個(gè)生物建筑的新時(shí)代?！斑@是自然與建筑材料的結(jié)合，大自然無償供給我們很多有用的東西——比如這種產(chǎn)石灰石的細(xì)菌。如果我們把它填充到建筑材料中，確實(shí)很有益處。這是以一種新理念把自然與建筑環(huán)境結(jié)合在一起的好例子?！?/p>

■氣候變化正在改變麥蚜優(yōu)勢(shì)種

科技日?qǐng)?bào)訊 中國農(nóng)科院植物保護(hù)研究所馬春森研究團(tuán)隊(duì)通過6年潛心研究發(fā)現(xiàn)，全球氣候變化打破了農(nóng)業(yè)害蟲群落原有的平衡，改變了害蟲群落物種間的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度，使優(yōu)勢(shì)種（群落中具有最大密度、蓋度和生物量，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響最大的物種）發(fā)生了演替，氣候變化正在改變農(nóng)業(yè)害蟲群落的優(yōu)勢(shì)種。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的國際知名期刊《全球變化生物學(xué)》上。

全球氣候變化給生物帶來了新的選擇壓力，然而物種間對(duì)這種選擇壓力的響應(yīng)可能不同，進(jìn)而造成物種間相對(duì)優(yōu)勢(shì)度和群落結(jié)構(gòu)的改變。馬春森研究團(tuán)隊(duì)以共同發(fā)生的三種麥蚜（麥長管蚜、禾谷縊管蚜、麥二叉蚜）為模式系統(tǒng)，首先采用實(shí)驗(yàn)室模擬的方法證實(shí)了極端高溫事件幅度和頻率增加對(duì)三種麥蚜發(fā)育、存活、繁殖及種群適合度的影響有顯著差異，即極端高溫幅度和頻率增加，禾谷縊管蚜的相對(duì)適合度由低變高，而麥長管蚜和麥二叉蚜則由高變低。田間模擬增溫試驗(yàn)同樣表明這一結(jié)果。此外，全球不同地區(qū)的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，極端高溫事件還改變了這三種蚜蟲在大尺度空間上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度和群落結(jié)構(gòu)，極端高溫事件發(fā)生概率較小的高緯度地區(qū)，麥長管蚜和麥二叉蚜為群落的優(yōu)勢(shì)種；而極端高溫事件發(fā)生概率較大的低緯度地區(qū)，禾谷縊管蚜則在群落中占據(jù)非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

由于三種麥蚜的為害部位及其造成的經(jīng)濟(jì)損失明顯不同，相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的改變將顯著影響麥蚜防治經(jīng)濟(jì)閾值的制定。此外，這三種麥蚜在傳播麥類作物病毒病的種類和傳毒效率上有顯著差異，因此其群落結(jié)構(gòu)和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的改變能顯著影響麥類作物的病毒感染率及病害的發(fā)生流行，進(jìn)而影響病害發(fā)生預(yù)測(cè)和防控策略的制定。

■美食品公司成功使用植物原料制成人工肉

科技訊 5月19日消息，如果科學(xué)家能夠使用植物培育出肉制品，你會(huì)買賬么？日前，美國一食品公司，成功使用植物原料，生產(chǎn)出了類似肉類口味的食品，而且還因此獲得了投資。人工食品創(chuàng)業(yè)公司正吸引著越來越多投資家的眼光。人工食品是指使用先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的肉、蛋等食品的替代品。出于保護(hù)環(huán)境和愛護(hù)動(dòng)物的觀點(diǎn)，畜牧產(chǎn)業(yè)受到了一定的質(zhì)疑，在此背景下人工食品作為一個(gè)增長領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。

美國食品創(chuàng)業(yè)公司Hampton Creek Foods今年獲得2300萬美元投資，該公司使用植物性原料生產(chǎn)出了口感與雞蛋極為相似的產(chǎn)品。Hampton Creek Foods還開發(fā)出了使用菜籽等植物性原料制作的可以替代蛋黃醬和曲奇的產(chǎn)品。該公司將把籌措到的資金用于招募人才和增加設(shè)備。其還獲得了微軟創(chuàng)始人比爾蓋茨的投資。

但是食品創(chuàng)業(yè)公司有必要確保替代食品的安全性，要作為食品進(jìn)行銷售必須獲得相關(guān)當(dāng)局的批準(zhǔn)。預(yù)計(jì)Modern Meadow的人工肉還需要10年左右時(shí)間才能上市。另外，目前替代食品的生產(chǎn)成本較高，普及還面臨著眾多課題。

■基因告訴你：草魚為啥吃草？

科技日?qǐng)?bào)訊 草魚以典型的草食性特征而得名，但為什么草魚通過吃草就能汲取營養(yǎng)？5月4日，在《自然·遺傳學(xué)》雜志發(fā)表了中國科學(xué)家繪制出草魚全基因組序列圖譜的科學(xué)成果，這一謎題也有了答案。

作為世界上第一個(gè)草魚全基因組序列圖譜，中國科學(xué)院水生生物研究所、中國科學(xué)院國家基因研究中心、中山大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家花了3年時(shí)間。通過全基因組序列圖譜，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了草魚吃草卻能快速生長的奧秘。這項(xiàng)研究的牽頭人、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員汪亞平解釋說，原先科學(xué)界推測(cè)草魚能夠吸收纖維素，但是通過基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)并非如此。“該研究的基因注釋結(jié)果表明，草魚基因組中并不存在纖維素降解酶基因。草魚可能通過持續(xù)高強(qiáng)度的食物攝入，獲取足夠多的可利用營養(yǎng)以維持其快速生長?！?/p>

不僅如此，科學(xué)家們通過和斑馬魚基因的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在距今大約4900萬年至5400萬年的時(shí)候，草魚基因組在演化過程中發(fā)生了一次染色體融合。從結(jié)果上看，這次染色體的融合可能與其性染色體的分化有關(guān)?！斑@是進(jìn)化生物學(xué)的基礎(chǔ)性問題?！蓖魜喥秸f，掌握草魚的遺傳信息，利用分子育種技術(shù)，就能培育出更優(yōu)良的草魚品種。