基因减肥猪了解一下,哈勃空间望远镜使用指南
分类:奥门金沙网址

每逢春节胖7天。假期结束,减肥眼看着马上就又要成为热门话题了。如何健康地减肥可是一门学问,我就给大家讲一个通过基因编辑的方法培育又瘦又健康的猪的故事,祝新年好身材。

图片 1

图片 2太空中的哈勃望远镜。图片来源:NASA

对,你没看错,就是近年来红得发紫的基因编辑系统——CRISPR/Cas9。到底什么是CRISPR/Cas9呢?简单说,相当于一把基因剪刀,可对基因组进行精准的定点修饰。大概就像你在Word文档中进行的插入、删除和替换等操作吧。

图片来自gizmodo

NASA的哈勃空间望远镜是有史以来最重要的望远镜之一。哈勃望远镜位于大气层之上,不受大气湍流扰动的影响,还可以观测到会被大气吸收的紫外和红外线,拥有地面望远镜无法具备的优势。服役27年来,哈勃望远镜极大地拓展了我们对宇宙的了解,所拍摄的大量精美照片也为人熟知。那么NASA,你的望远镜借我用一下可好?

CRISPR是广泛存在于细菌及古菌中的一种获得性免疫方式,全名叫“成簇的规律间隔的短回文重复序列”(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,缩写就是CRISPR)[1,2]。现在常用的CRISPR系统由单链引导RNA和有核酸内切酶活性的Cas9蛋白构成,所以叫做CRISPR/Cas9系统。

最近我们听到了关于液态金属的许多传闻,大部分是说苹果将会把这种合金用在下一代iPhone上,华为终端董事长余承东也在微博上表示下一代超薄机Ascend P1S将采用液态金属技术,这些消息吊起了无数人的胃口。不过,到底什么是液态金属?这种金属又有什么特别之处?苹果在2010年就取得了液态金属的使用权,但是为何到现在他们还没使用过它呢?

NASA说:当然可以。哈勃望远镜的维护费用是每年1亿美元,换算成人民币,也就是1秒钟约20元,1小时约7万元。所以,你可以定一个小目标,比如说,先挣它1个亿……

图片 3CRISPR/Cas9机理图解。通过一段引导RNA(Guide RNA,gRNA)和Cas9蛋白,CRISPR系统可以追踪定位到目标DNA,并敲除或编辑一段DNA序列。 图片来源:参考文献[1]

BusinnessInsider网站的记者们决定从问题的源头处寻找答案:他们对液态金属的发明者之一阿塔肯·佩克尔(Atakan peker)进行了采访,请他为我们介绍未来液态金属在移动设备领域的应用情况。

图片 4哈勃空间望远镜的维修费用可是很贵的。就算不计维修,日常维护运行的费用也不便宜。图片来源:NASA

在猪体内有有一种蛋白,叫非偶联蛋白1,简称UCP1(Uncoupling protein1)。这种蛋白存在于线粒体内膜中,是非震颤产热的关键元素,对于动物机体肥胖的调控起着至关重要的作用。现代家猪在进化过程中丢失了功能性UCP1基因(残留相应假基因,即功能基因的缺陷拷贝,它在序列结构上与功能基因非常相似,但已丧失了正常的蛋白质编码功能),导致体温调节能力较弱,对低温敏感。这不但升高了猪新生儿死亡率,也引发了许多猪的福利问题[3]。因而,为了在家猪体内重建功能性的UCP1,便有了今天这个有料有趣的故事——来自中国科学院动物研究所的郑千涛和同事们,用CRISPR/Cas9系统,编辑了家猪的UCP1基因。

如果你没时间详细阅读全部采访内容,可以看看下面几条最重要的信息:

好吧,上面这段是开玩笑。

研究人员在猪内源UCP1位点上插入9 kb长的脂联素-UCP1基因片段,整合到猪胚胎的成纤维细胞基因组中。然后从确定成功敲入的细胞中筛选出一个作为供体细胞,把它的细胞核移植到去核卵母细胞中,成功地培育出2553个克隆胚胎。再把这些胚胎转入代孕母猪体内,成功产下12只雄性后代,即为UCP1基因敲入(knock in, KI)猪(以下简称UCP1 KI猪)。

  • 液态金属非常美观,并且有着极高的强度和耐用性。
  • 苹果拥有液态金属的独家使用权。
  • 还得等一些年,苹果才能生产出用液态金属制造的MacBook。
  • 苹果很愿意等待一个时机,将液态金属用在一款“突破性产品”上。

实际上,哈勃望远镜的使用不需要付费,也不必非得是NASA的雇员才能使用。只要你是地球人,有足够好的研究点子,就可以去申请哈勃望远镜的观测时间。

图片 5生产UCP1 KI猪的流程图。Cas9-gRNA质粒和目的载体(含有目的基因UCP1)共转染到猪的胚胎成纤维细胞中进行繁殖并将基因整合成功的细胞核移植到无核卵母细胞中,将胚胎移植到代孕母猪体内,产下基因敲入小猪(knock in pig)。 图片来源:参考文献[3]

下面是BusinessInsider网站与佩克尔博士的全部采访内容:

天文望远镜归谁用?

最早期的天文学家使用他们自己的望远镜进行研究,比如最早将望远镜指向天空的伽利略和发现天王星的威廉‧赫歇尔。后来的天文学家受雇于天文台,则使用天文台所建的望远镜进行研究,比如发现宇宙膨胀的埃德温‧哈勃和发现冥王星的克莱德·汤博。

图片 6埃德温‧哈勃发现宇宙膨胀时所用的这台胡克望远镜,由雇佣他的威尔逊山天文台所建。哈勃空间望远镜就是以这位天文学家的名字命名的。图片来源:威尔逊山天文台

到了二战以后,科研活动被提升到国家层面来进行,大型望远镜造价高昂,多由国家或多个机构联合出资建造及维护。那么问题就来了:怎么决定谁来用这台望远镜呢?

天文学家是这样解决的:望远镜管理机构组织一个“时间分配委员会”,想要使用望远镜的天文学家撰写观测提案,由该委员会决定哪些提案“入选”,提案入选的天文学家便获得了望远镜的使用权。天文学家出点子、作研究,望远镜管理机构出力挣钱,国家或机构出钱然后深藏功与名,三方各取所需,完美!所以,这一套机制就这样确立下来了。

一般而言,在望远镜建造初期提供越多资源的国家或组织,日后获得的使用时间也就越多。美国夏威夷的凯克望远镜,由获得凯克基金会注资的加州天文研究会建造和运行,而加州天文研究会又由美国加州理工学院和加州大学建立,因此凯克望远镜主要由加州理工学院和加州大学的天文学家使用。而欧洲南方天文台位于智利的天文设施,则会让欧洲天文学家优先使用,但智利作为东道主,也享有部分使用时间。中国之所以积极参与三十米望远镜(TMT)的建造,部分原因就在于日后中国能够获得更多TMT的使用时间。

图片 7中国积极参与三十米望远镜的建造,部分原因是为了日后能够获得更多使用它的时间。图为三十米望远镜的模拟效果图,来源:NAOJ

但是,科学研究越来越国际化,将使用人群限定在某一国家或组织内部,长远来说不利于进一步提升科学产出。或许是出于类似的考量,哈勃望远镜的使用权并不局限于NASA或美国机构,美国以外的天文学家同样可以申请,唯一的区别是他们无法申请NASA为获选提案提供的配套经费。实际上,每年都有相当数量的美国以外的申请者获得哈勃望远镜的观测时间。

后来,这12只雄性小猪中的一只还与两只野生型(wild-type,WT)母猪交配,繁殖出了15只后代。这表明了这种CRISPR/Cas9基因工程猪具备了进行种系传递的可行性。

Q: 什么是液态金属?

申请提案怎么写?

哈勃望远镜的申请提案由两部分组成:科学意义和技术论证。你需要向时间分配委员会解释你的课题能回答什么科学问题,为什么必须用哈勃望远镜进行观测,需要用何种仪器使用多长时间,以及技术上是否可行。提案的篇幅必须在4页纸以内。这其实有点像写高考作文,按点答题,字数还不能超。

哈勃望远镜的管理机构——太空望远镜研究所(Space Telescope Science Institute)会组织科学家审读所有提案。最终只有大约20%的提案会被批准。如果你的提案有幸成为这20%的一员,你就需要和NASA的工程师一道厘清提案的技术细节,以便他们可以操纵哈勃望远镜获得你想要的观测数据。观测完毕之后,从指定的网址下载观测数据,对哈勃望远镜的使用就算完成了。

图片 8宇航服都换好了,你跟我说这就算是用完了?!没错,使用哈勃望远镜并不需要你亲自去太空。图片来源:NASA

如果你不是专业天文学家,有没有机会也来申请使用哈勃望远镜呢?曾经有一段时间,答案是肯定的。在开始使用的最初几年,哈勃望远镜专门保留了爱好者时间,虽然一年只有短短几小时,却足以激起天文爱好者的巨大热情。然而,预算的缩减使得太空望远镜研究所不得不在1997年砍掉了这一大受欢迎的项目。

尽管如此,哈勃望远镜仍然有许多公众项目,鼓励爱好者参与科学研究,帮助科学家辨认星团特性或者寻找系外行星等等。此外,由于哈勃望远镜拍摄的照片均为黑白照片,只有极少数被合成为彩色照片,哈勃图像处理计划提供了一系列详尽的教程和教学视频,教你如何利用哈勃拍摄的原片合成彩色照片。

图片 9哈勃空间望远镜为庆祝升空27周年而公布的一对星系的彩色照片。哈勃拍摄的绝大多数照片都未经处理,等着你去发掘。图片来源:NASA

哈勃的观测数据在1年的保护期后都会公开,所以哈勃望远镜的数据库称得上是一个原片大宝藏。如果你暂时还不想为了使用哈勃望远镜而去读一个天文学博士的话,也可以搜罗一下哈勃望远镜的数据库,说不定你想拍的天体早就已经有天文学家拍过了呢!(编辑:Steed)

图片 10几只UCP1 KI猪代表。 图片来源:参考文献[3]

A: 液态金属是一类新型合金的商品名称,这种合金拥有一种独一无二的原子结构,这种结构更接近玻璃,我们也将其称为“大块金属玻璃”或“大块非晶态合金”。

那么这些UCP1 KI猪与野生型猪相比都有什么啥特点呢?

 

特点1 UCP1 KI猪增强了体温调节能力

研究团队分别测量了1月龄的UCP1 KI猪和野生型猪在接受寒冷挑战的过程中,直肠温度随时间的变化。结果显示,野生型猪体温下降更快,2h后虽然有所回升,但依然低于UCP1 KI猪。

图片 11一个月大的野生型猪(黑色曲线)和KI猪(红色曲线)在接受4h寒冷刺激后直肠温度随时间变化的情况,可以看到KI猪对寒冷耐受性更高。 图片来源:参考文献[3]

等猪长到6个月大,研究人员重复了寒冷实验。这次,猪腹侧和背侧等部位的红外热图像结果与1个月大时相一致,均表明UCP1 KI猪体表温度更高,更耐寒。这也就意味着,UCP1 KI猪可以为了产生热量消耗更多的脂肪。

图片 12红外热图像结果。图像摄制于UCP1猪和野生型猪6个月大时,接受寒冷实验后的0h、2h、4h,其中白色虚线内1、2、3区域温度测定结果显示KI猪体温更高。 图片来源:参考文献[3]

Q: 你在液态金属的发展中扮演了什么角色?

特点2 UCP1 KI猪增强了褐色脂肪燃脂供热的能力

UCP1在褐色脂肪组织中的表达与线粒体的数量和/或功能有着紧密的联系。褐色脂肪组织中存在大量线粒体,正是因为这些线粒体中的UCP1,让褐色脂肪组织能够大量消耗脂肪,给猪的身体提供热量[4]。为研究UCP1异位表达对猪脂肪组织中线粒体功能的影响,研究人员检测了线粒体活性,发现在KI细胞和野生型细胞中基础耗氧率相似,但UCP1基因敲入脂肪细胞最大呼吸量显著增高。表明UCP1异位表达增强了线粒体的备用呼吸容量,有助于增加产热。但与此同时,UCP1 KI猪并没有因为增加产热而改变机体活动量或影响其整体能量平衡。

图片 13UCP1 KI猪(红色)和野生型猪(蓝色)脂肪细胞基础耗氧率无显著差异(左图),但KI猪脂肪细胞最大呼吸量显著高于野生型猪细胞(右图)。OCR指耗氧率。 图片来源:参考文献[3]

A: 我在加州理工学院写博士论文的时候与约翰逊教授一同发现并改进了原始的合金配方,后来我主要的工作是在液态合金的商业化生产、大规模加工及应用发展方面。

特点3 UCP1 KI猪脂肪沉积少

由于脂肪沉积量是判断猪(猪肉)品质的重要指标,研究人员对UCP1 KI猪体内UCP1基因表达是否影响其脂肪沉积量颇感兴趣。实验证明,相比于野生型猪,UCP1 KI猪的生长率和饲料转化率均没有显著变化。但是UCP1 KI猪在6个月大的时候,瘦肉比例增加,脂肪比例下降了24%,尤其是中背部脂肪的厚度,显著降低。

图片 14左图显示了UCP1 KI猪(红色)和野生型猪(蓝色)胴体与体重的比例(DP),左半边胴体的瘦肉比例(CLP)和左半边胴体的脂肪比例(CFP)。可以看到两种猪胴体与体重比没有差异,但KI猪相比于野生型猪瘦肉比例高,脂肪比例低。右图比较了KI猪和野生型猪背部脂肪厚度,可见KI猪背部脂肪厚度显著低于野生型猪。 图片来源:参考文献[3]

为探究UCP1 KI猪为什么会这么瘦,研究人员又专门在透射电子显微镜下仔细观察了野生型猪和UCP1 KI猪不同身体部位的脂肪组织。他们发现,UCP1 KI猪的脂肪组织中,脂肪细胞相对野生型猪明显更小,且存在许多小脂滴。这些小脂滴表明,UCP1 基因敲入的脂肪细胞可能提高了脂肪水解能力

图片 15在电子显微镜下观察到的,用苏木精和伊红染色的野生型猪(WT)和KI猪背部脂肪(backfat),腹股沟下部脂肪(inguinal subfat)和肾周脂肪(perirenal)细胞。可以看到KI猪脂肪细胞更小(比例尺:5μm)。 图片来源:参考文献[3]

图片 16野生型猪(WT)和KI猪背部脂肪(backfat),腹股沟下部脂肪(inguinal subfat)和肾周脂肪(perirenal)细胞透射电镜图片。KI猪细胞中红色箭头所指处有小脂滴。(比例尺:5μm) 图片来源:参考文献[3]

看到这里是不是有些小激动?是不是感觉离我们轻松减肥的日子已经不远啦?说不定,在将来,人类也可以尝试通过一些小分子物质或者药物,激活我们体内的UCP1,多燃烧脂肪,减少脂肪沉积,达到轻松瘦身的效果。

不过,如果明天就想减肥,那还是动起来吧!(编辑:明天)

 

参考文献:

  1. Pennisi E. The CRISPR craze[J]. Science, 2013, 341(6148): 833-836.
  2. Hsu P D, Lander E S, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering[J]. Cell, 2014, 157(6): 1262-1278.
  3. Zheng Q, Lin J, Huang J, et al. Reconstitution of UCP1 using CRISPR/Cas9 in the white adipose tissue of pigs decreases fat deposition and improves thermogenic capacity[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017: 201707853.
  4. 李永国, 颜忠诚, 王德华. 人体内褐色脂肪组织及其生理功能[J]. 生理科学进展, 2011, 42(2):100-103.

Q: 制造出完美的液态金属用了多久?

本文由奥门金沙网址发布于奥门金沙网址,转载请注明出处:基因减肥猪了解一下,哈勃空间望远镜使用指南

上一篇:奥门金沙网址普林斯顿和,闪光灯对博物馆藏品 下一篇:搞出大新闻的,米尔扎哈尼
猜你喜欢
热门排行
精彩图文