美国成立国家生物学理论与数学研究所

美国国家科学基金会与西蒙斯基金会耗资5000万美元合作成立了国家生物学理论与数学研究所。该研究所由美国西北大学与芝加哥大学共同领导，将进行至少5年的跨学科研究。

该研究所的总体目标是通过创建新的数学理论、数据信息模型以及计算和统计工具，揭示支配生命的基本原理。该研究所将瞄准具有前景和挑战性的探索领域：生物体如何学习和适应变化、基因和分子信号的作用、如何从单细胞产生完整的个体、如何由大脑神经元活动产生生物行为等。

该研究所将成为几个州的数学和生物科学家之间的合作纽带，通过创造新数据和新方法来解决生物问题，从而建立一个国家级的研究人员社区。研究所的关键职能还包括教育推广和人才培养，将为300多名本科生和研究生以及100多名早期职业博士后提供培训和指导。

英国科学家开发快速低成本检测技术

英国帝国理工学院和牛津纳米孔技术公司的科研人员开发出一种快速、低成本和高度多路复用的检测技术，可同时分析40多种不同类型的生物标志物。

开发低成本、快速和高度多元化的诊断技术平台，定量检测血液生物标志物，以推进超越单一生物标志物模型的临床诊断，这一需求尚未得到满足。此次，研究者对DNA条形码分子探针公司进行纳米孔测序，以识别一组分析物。该团队将带有探针的DNA条形码与手持设备MinION里的纳米孔测序相结合，仅需不到1毫升的血液，即可在60分钟内通过机器学习算法识别，检测出40多种生物标志物的类型和浓度。

该成果可显著减少检测时间、分析成本和样本量，有望提供一种快速检测患者样本中多种生物标志物的平台，有助于广泛地进行纵向疾病跟踪或早期疾病监测，在临床环境中具有巨大的应用潜力。

日本科学家研制基因编辑新工具

日本科学家利用一种名为AsCas12f的酶开发出一种新基因编辑工具，其功效和活性与Cas9酶相当。体积小巧意味着可以装载更多的药物并递送到活细胞中，使得基因编辑更有效，因此该工具有望为遗传病患者带来更有效的治疗。

常用的Cas9酶非常高效，但是存在尺寸大小的局限性，研究者一直在寻找更小的Cas蛋白，并有效包装到AAV中，作为基因组编辑工具。

研究者从嗜热细菌中找到一种名为AsCas12f的酶，后者是目前发现的最小巧的Cas酶之一，大小不到Cas9的1/3。在前期测试中，它在人类细胞中几乎没有表现出任何基因组活性。

研究者利用一种被称为深度突变扫描的筛选方法，将AsCas12f的每个氨基酸残基替换成所有生命赖以生存的20种氨基酸，从而建立了一个潜在的新型候选库，确定了200多个可增强基因组编辑活性的突变。再结合AsCas12f的结构分析，研究者选择了一些可增强活性的氨基酸突变来改造AsCas12f。与普通AsCas12f相比，这种改造后的AsCas12f具有10倍以上的基因组编辑活性，与常用的Cas9酶相当。研究者已经成功在小鼠身上完成了测试，未来有望对患者进行更有效的治疗。

研究人员发现了许多潜在有效的组合，可用于AsCas12f基因编辑系统的改造。下一步，研究者打算采用计算建模或机器学习来筛选组合，并预测哪些组合能带来更好的改进。

美国建立大肠杆菌表达和调控知识库

美国加州大学圣迭戈分校Bernhard Palsson团队构建了一个自上而下的大肠杆菌表达和调控知识数据库，揭示了大肠杆菌转录组的规模，为大肠杆菌基因转录组学研究奠定了基础，并为非模式生物的自上而下转录组分析提供了蓝图。

随着转录组数据的快速增长，如何从转录组数据中获取新知识显得尤为重要。此次，研究者提出了一个表达和调控关键模式生物——大肠杆菌K-12 MG1655的表达组件，名为PRECISE-1K，这是一个包含1035个样本的高质量RNA-seq数据集，包括38%的大肠杆菌K-12高质量RNA-seq数据，并且覆盖了广泛的生长条件，包括9种培养基、39种补充剂、42种异源蛋白质和76个基因敲除。其中大部分数据来自该实验室在2013年至2021年间的研究成果。为了创建数据资源的调控组件，研究者还使用独立元素分析方法提取了201个独立调控基因组，占已知基因调控网络的86%。

研究描述了大肠杆菌全基因组表达模式，阐明转录组特征和反应，识别两个可能的调控因子，鉴定两个调控模块的启动子序列，补充1675个高质量K-12样品数据并提取相似调控模块，提出利用已有数据进行系统转录组分析。

该数据资源有助于阐明大肠杆菌K-12转录组的细胞生物学和系统生物学基础，还可以用于进行新的实验设计，并为大肠杆菌以及其他生物体调控信息的抽取提供蓝图。

（吴晓燕编译）