張鋒再創歷史新高峰：轉座酶與CRISPR系統相結合，實現高效基因編輯
2019年6月6日，美國Broad研究所、麻省理工學院McGovern腦研究所張鋒教授在國際頂級期刊《科學》（Science）上發表題為「RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases」的研究論文。研究人員從藍藻（Scytonema hofmanni）中獲得一種CRISPR相關轉座酶（CAST）系統。該系統由Tn7轉座酶的三個亞基tnsB、tnsC及tniQ與CRISPR效應蛋白Cas12k組成。Cas12k本身沒有核酸內切酶的切割活性，在基因組中執行結合靶標基因的功能。Tn7轉座酶在Cas12k的引導下，在不切割DNA的情況下將自身基因或者外源基因片段定向插入靶位點處。與傳統CRISPR系統介導的同源重組技術相比，CAST系統介導的基因定向插入成功率更高。
CAST介導的基因片段插入模式圖
David Baker團隊優化Foldit蛋白設計軟體，實現蛋白質的全新設計
2019年6月6日，來自華盛頓大學生物化學所、蛋白質研究所、霍華德·休斯醫學院的戴維·貝克（David Baker）教授在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表從頭合成蛋白質的研究。該研究顯示，即使是從未涉及此領域的科學工作者，也可通過蛋白質摺疊電子遊戲（Foldit）實現蛋白質的全新設計。該團隊向Foldit玩家增加了3條新的設計規則：首先，Foldit玩家需在設計的結果中設定疏水殘基的最小百分比（比如30%）。其次，Foldit玩家需在二級結構序列中剔除甘氨酸和丙氨酸，儘量減少α-螺旋的形成。最後，Foldit玩家需在設計的結構中排除相互作用不足的大的胺基酸殘基。這一補充不僅為合成更加穩定的蛋白質提供了保障，同時也為瓦解橫亙在生物學與蛋白質結構之間的艱難壁壘開闢了新的道路。
優化的Foldit蛋白設計程序
楊輝教授團隊為單鹼基基因編輯工具的脫靶提出了「警鐘」並進行了消除
2019年6月10日，中國科學院腦科學研究所楊輝教授及其合作團隊在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表了題為「Off-target RNA mutation induced by DNA base editing and its elimination by mutagenesis」的研究論文。該研究通過全轉錄組RNA測序首次顯示BE3、BE3-hA3A和ABE7.10單鹼基基因編輯工具存在大量的RNA脫靶現象。其中，之前一直備受關注的ABE7.10單鹼基基因編輯工具卻能引發致癌風險。為此，研究團隊對這些單鹼基基因編輯工具重新進行了審視並加以改造，消除了其在轉錄水平中存在的RNA脫靶風險，獲得了更高精度的單鹼基基因編輯工具。此外，楊輝教授團隊還開發了一種遠超於ABE7.10的更加精準的單鹼基基因編輯工具，為推動單鹼基基因編輯技術在臨床治療中的深入研究提供了深遠的評估和有力的幫助。
高精準的單鹼基基因編輯工具
引發霍亂而知名的霍亂弧菌，卻被科學家發現它的優良
繼張鋒教授發表的「升級版」CRISPR系統之後，2019年6月12日，哥倫比亞大學的Sam Sternberg教授研究團體在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表了有著異曲同工的CRISPR系統。該研究團隊通過篩選基因編輯元件，找到霍亂弧菌（Vibrio cholera）Tn7轉座因子，並與CRISPR系統結合使用，形成CRISPR相關轉座酶系統——INTEGRATE。INTEGRATE系統作用原理與張鋒教授研究團隊相似，都可以將待插入的基因片段整合到細菌基因組中的不同位點。不同之處在於，INTEGRATE系統介導的基因片段可以正、反兩方向隨機插入到基因組中。
INTEGRATE基因編輯技術介導的基因靶向插入
「動力車間」線粒體研究新突破：科學家楊茂君團隊解析哺乳生物ATP合酶的完整結構
2019年6月14日，清華大學生命科學學院楊茂君教授研究團隊再傳喜訊。該研究團隊在國際頂級期刊《科學》（Science）上發表哺乳生物ATP合酶完整結構解析的論文。該研究通過高性能冷凍電鏡技術，以6.2埃的解析度對腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）合酶四聚體結構進行了解析。從基質上看，兩個典型的V型ATP合酶二聚體彼此反平行，形成一個H型ATP合酶四聚體。ATP合成酶抑制因子亞基1（IF1）二聚體連接兩個ATP合成酶二聚體，與抑制狀態下的ATP合成酶四聚體一致。在ATP合成酶四聚體中，研究人員又以3.34埃和3.45埃的解析度解析了兩種不同旋轉構象的ATP合成酶結構。
哺乳動物ATP合酶四聚體結構
「DNA顯微鏡」橫空出世：利用標記的核酸堆疊DNA鹼基，採用計算機算法解析鹼基堆疊信號，直接觀測基因組信息
2019 年6月20日，美國霍華德·休斯醫學院（HHMI）及Broad研究所、麻省理工學院McGovern腦研究所的研究團隊在國際頂級期刊《細胞》（Cell）上發表跨界發明重磅成果。他們開發出了一種全新的「DNA顯微鏡」。與以往的顯微技術不同，該項技術通過cDNA文庫中的每一個標記的DNA與樣本中的RNA互補結合，給予樣品中的每一個分子一個標籤。接下來，研究團隊以標記的DNA為模板，通過擴增方式使得每一個標記的DNA周圍都聚集著自己的副本，猶如一個向外發射自己信號的無線電發射塔。然後，副本之間會在鄰近區域碰撞並互相以模板進行擴增、延伸自己，進而產生不同長度、多種的DNA長鏈。最後，經DNA測序儀讀出樣品中的DNA鹼基，通過計算機算法解析這些鹼基信號並將樣本中的基因序列轉化為圖像，進而在光學顯微鏡下觀測樣本中的基因組信息。
DNA顯微鏡工作原理