中國生物物理學會納米酶分會

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中國生物物理學會納米酶分會成立於2019年8月。分會目前由來自全國各省市科研院所的會員組成，旨在團結我國納米酶領域的科技工作者，推動我國納米酶領域的科技創新及人才成長。分會通過組織一些列學術交流及人才推薦活動，為我國納米酶科技工作者提供優良的交流服務平台，從而擴大其發揮作用的範圍並提升國內外影響力。

目錄

機構簡介

納米酶是指在納米尺度上能呈現出酶學特性的功能納米材料。與天然酶類似，納米酶能夠在溫和的生理條件下高效催化酶的底物，並具有如同天然酶一樣的酶促反應動力學性質。作為一種新型的模擬酶，與傳統的天然酶相比，納米酶的化學性質更加穩定，能夠長期儲存，且易於大規模合成，成本也更加低廉。與其它模擬酶相比，納米酶兼具天然酶與納米材料雙重身份。因此納米酶除了具有類酶催化活性以外，還兼具納米材料本身的物理化學特性，如光學、電學、磁學等性能。這些特點為其進一步的生物醫學等應用提供了極大的便利。納米酶分會的會員從事的研究涵蓋了包括生物、化學、材料、醫學、農業、環境領域的各個方面。

相關資訊

【前沿科普】神經系統疾病靈長類動物模型的造模利劍——CRISPR/Cas9基因編輯技術

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）、阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）、亨廷頓病（Huntington’s disease，HD）、肌萎縮側索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、孤獨症譜系障礙（Autism spectrum disorder, ASD）等神經系統疾病，因缺乏有效治癒手段，嚴重影響人們的生活質量，給家庭和社會造成了巨大的精神壓力和經濟負擔，已成為整個社會需要解決的問題。該類疾病發病機制複雜，目前尚未完全闡明，建立有關的動物模型對於闡明其病因、發病機制以及藥物篩選具有重要意義。靈長類動物在遺傳、行為、認知、生理、生化和解剖結構等生物學特性與人類比較接近，具有高級的腦功能結構及神經活動的優勢，高度發達的前額葉皮質控制着高級認知功能是其他實驗動物不可替代的，能回答各種分子細胞機理是否在整體水平上表現出類似於人類的生物學問題以及疾病特徵和過程，是最理想的人類神經系統疾病動物模型，研究的結果更容易推廣應用到人。常被用於建立神經退行性疾病、精神性疾病等疾病的動物模型，研究其致病機理、治療及藥物研發等。但靈長類動物生長周期長，傳統的造模方法不太適合該類疾病整個病程發生髮展的研究。隨着CRISPR/Cas9基因編輯技術的問世與迅速發展，在創建人類疾病靈長類動物模型方面取得了重大進展，與轉基因技術造模相比，能在較短時間內獲得神經系統疾病靈長類動物模型，加快相關疾病動物模型的創建工作。

基因編輯技術是一種由RNA指導的Cas核酸酶對靶向基因進行特定DNA修飾的技術，是近年來發展迅速的一項基因定點編輯技術。最早是在細菌中發現的一種適應性免疫防禦機制，某些細菌在遭到病毒入侵後，能夠把病毒基因的一小段存儲到自身的 DNA 里一個稱為 CRISPR 的存儲空間，當再次遇到病毒入侵時，細菌能夠根據存寫的片段識別病毒，利用Cas9核酸酶對外源DNA進行切割從而保護自身基因完整性。系統是由規律成簇的間隔短回文重複序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）和具有切割DNA 雙鏈作用的Cas9蛋白（CRISPR-associated protein 9）組成。CRISPR基因序列主要由前導序列（leader）、重複序列（repeat）和間隔序列（spacer）構成，前導序列是CRISPR序列的啟動子，重複序列用來穩定RNA的整體二級結構，間隔序列是被細菌俘獲的外源DNA序列，當這些外源遺傳物質再次入侵時，CRISPR/Cas系統就會予以精確打擊。CRISPR可指導Cas9蛋白對目的序列的匹配。Cas9蛋白具有切割DNA 雙鏈作用，主要參與crRNA的成熟以及降解入侵的噬菌體 DNA 或是外源質粒[1]。

系統工作原理：CRISPR捕獲外源質粒DNA的一小段DNA 序列後，CRISPR被轉錄為crRNA（RISPR RNA，crRNA），與其重複序列互補的反式激活crRNA（trans-activating crRNA, tracrRNA）也轉錄出來，crRNA和tracrRNA通過局部鹼基配對組成sgRNA(single guide RNA)，sgRNA與Cas9蛋白結合後引導Cas9蛋白識別和切割目標DNA序列。通過人工設計這兩種RNA，可以改造形成具有引導作用的sgRNA，可引導Cas9對DNA的定點切割。

基因編輯技術

其應用範圍包括基因敲除、基因敲入、基因抑制／激活、基因多重編輯、功能基因組篩選。

基因敲除（Knock-out） ：CRISPR／Cas9系統可利用Cas9蛋白對靶基因組進行剪切，使DNA雙鏈斷裂，進而實現基因敲除。

基因敲入（Knock-in）：當DNA雙鏈斷裂後，如果有DNA修復模板進入到細胞中，基因組斷裂部分會依據修復模板進行同源重組修復（HDR），從而實現基因敲入。DNA 修復模板可以是線性／雙鏈脫氧核苷酸鏈，也可以是雙鏈DNA質粒。

基因抑制／激活（Repression or Activation）：Cas9具有獨立切割和結合靶基因的能力，可通過點突變的方式使RuvC-和HNH-兩個Cas9（dCas9）的結構域失活，形成的dCas9隻能在sgRNA的介導下結合靶基因，而不具備剪切DNA的功能，將dCas9結合到基因的轉錄起始位點，可以阻斷轉錄的啟動，從而抑制基因表達；將dCas9結合到基因的啟動子區域也可以結合轉錄抑制／活化物，使下游靶基因轉錄受到抑制或激活。

基因多重編輯（Multiplex Editing）：將多個sgRNA質粒轉入到細胞中，可同時對多個基因進行編輯，具有基因組功能篩選作用。

功能基因組篩選：利用CRISPR／Cas9進行基因編輯可產生大量的基因突變細胞，利用這些突變細胞可以確認表型變化是否是由基因或者遺傳因素導致的。目前，CRISPR的基因組篩選功能應用於篩選對表型有調節作用的相關基因，如對化療藥物或者毒素產生抑制的基因、影響腫瘤遷移的基因以及構建病毒篩選文庫對潛在基因進行大範圍篩選等。

Li等[2]利用腺病毒介導的CRISPR/Cas9 系統分別編輯中、老年猴黑質中的PINK1和DJ-1基因，誘導出經典PD症狀的中、老年食蟹猴模型，表現出運動遲緩、震顫、體位不穩等典型症狀，並伴有關鍵病理改變，如嚴重的黑質多巴胺能神經元缺失（>64%）和基因編輯的黑質中有明顯的α-syn病理變化。該方法在較短時間（6~10個月）內批量建模，為今後PD疾病的研究提供一種實用的轉基因獼猴模型。