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ErCas12a CRISPR-MAD7 用于人类细胞、小鼠和大鼠的模型生成
摘要 MAD7 是从直肠真杆菌中分离出来的一种工程化的 2 类 VA 型 CRISPR-Cas (Cas12a/Cpf1) 系统。与 Cas9 类似，它是一种 RNA 引导的核酸酶，在大肠杆菌和酵母细胞中具有基因编辑活性。本文报告称，MAD7 能够分别在人类 HCT116 和 U2OS 癌细胞系中产生内源基因的插入/缺失和荧光基因标记。此外，MAD7 非常擅长在小鼠和大鼠胚胎中产生插入/缺失、小 DNA 插入（23 个碱基）和 1 至 14 kb 大小的较大整合，从而产生活产转基因动物。由于不同的原间隔区相邻基序要求、小引导 RNA 和高效的靶向基因破坏和插入，MAD7 可以扩展 CRISPR 工具箱，用于跨不同系统和模型生物进行基因组工程。
纳米技术在能量收集和存储中的应用
纳米技术取得重大进展的另一个领域是热电能量转换。具有工程化声子和电子传输特性的纳米结构材料能够高效地将废热转化为可用电能。通过操纵纳米材料的尺寸、形状和成分，研究人员正在实现热电效率的空前提高，为从工业过程、车辆甚至人体中收集能量提供了新的可能性。储能是可持续和可靠能源基础设施的关键组成部分。纳米技术正在通过提高电池和超级电容器等储能设备的性能和耐用性来彻底改变这一领域。石墨烯和碳纳米管等纳米材料具有高表面积和出色的电导率，可实现更快的充放电速率和更高的电池能量密度。此外，纳米工程允许设计具有增强离子和电子传输的电极结构，从而延长循环寿命并提高整体性能 [3]。
细菌中 CRISPR 激活在数据驱动代谢工程中的挑战与机遇
在具有工业前景的细菌中创建 CRISPR 基因激活 (CRISPRa) 技术可能会对加速数据驱动的代谢工程和菌株设计产生变革性影响。CRISPRa 已广泛应用于真核生物，但在细菌系统中的应用仍然有限。最近的研究表明，细菌启动子的多种特性对 CRISPRa 介导的基因激活提出了严格的要求。然而，通过系统地定义有效的细菌 CRISPRa 位点的规则并开发在工程向导 RNA 中编码复杂功能的新方法，现在有明确的途径来推广细菌中的合成基因调控。当与多组学数据收集和机器学习相结合时，细菌 CRISPRa 的全面开发将通过加速设计-构建-测试-学习循环，大大提高快速工程化细菌进行生物生产的能力。
基于工程生物材料的传感和驱动
功能性合成材料与生物实体的整合已成为一种新的、强大的方法，可用于创建具有前所未有的性能和功能的自适应功能性结构。这种混合结构也称为工程化生物材料 (ELM)。ELM 有可能实现许多人们非常需要的特性，这些特性通常只存在于生物系统中，例如自供电、自修复、响应生物信号和自我维持的能力。受此推动，近年来，研究人员开始探索 ELM 在许多领域的应用，其中，传感和驱动是进展最快的领域。在这篇简短的评论中，我们简要回顾了基于 ELM 的传感器和执行器的重要最新发展，重点介绍了它们的材料和结构设计、新制造技术以及生物相关应用。我们还确定了该领域的当前挑战和未来方向，以帮助这一新兴跨学科领域的未来发展。
加州大学伯克利分校
工程化 T 细胞疗法正在彻底改变癌症治疗，它可使白血病和淋巴瘤等血液相关癌症实现长期缓解。这些疗法包括移除患者的 T 细胞，“重新编程”它们以攻击癌细胞，然后将它们输回患者体内。使用 CRISPR-Cas9 进行靶向基因失活（敲除）可增强 T 细胞活性（1、2），并有可能扩大细胞疗法的应用。到目前为止，尚不清楚 CRISPR-Cas9 编辑的 T 细胞在重新注入人体后是否会被耐受并生长。在本期第 XXX 页，Stadtmauer 等人（3）展示了对首批使用 CRISPR-Cas9 修饰的 T 细胞治疗的癌症患者进行的 1 期临床试验（旨在测试安全性和可行性）的数据。这些发现代表了基因编辑在治疗应用方面取得的重要进展，并凸显了加速细胞疗法发展的潜力。
包含人类基因组编辑的人类基因治疗产品；行业指南
1 人类基因治疗旨在修改或操纵基因的表达或改变活细胞的生物学特性以用于治疗。FDA 通常认为人类基因治疗产品包括所有通过转录或翻译转移的遗传物质或通过特异性改变宿主（人类）基因序列来介导其效果的产品。基因治疗产品的一些例子包括核酸、转基因微生物（例如病毒、细菌、真菌）、用于人类基因组编辑的工程化位点特异性核酸酶和体外转基因人类细胞。当基因治疗产品适用于预防、治疗或治愈人类疾病或病症时，它们符合《公共卫生服务 (PHS) 法》第 351(i) 节 (42 USC 262(i)) 中“生物产品”的定义。 （请参阅《联邦公报通知：现行法定权力对人体体细胞治疗产品和基因治疗产品的应用》（58 FR 53248，1993 年 10 月 14 日），https://www.fda.gov/media/76647/download）。
使用酶的化学合成的最新进展
生物催化剂赋予高区域和对映选择性酶特性，可以通过工程化蛋白质序列来调整工业应用。默克研究人员最近的工作解决了与-Ketoglutarate依赖性二氧酶（A -kGD）在制造量表上有关的挑战，包括较低的总周转次数（TTN），有氧反应条件，低稳定性，酶降低，酶灭活酶会因自我 - 羟基化和过度氧化的非氧化剂而灭绝。一个工程的-kGD用直接酶促羟基化取代了五个合成步骤，从而从1中使用1的1中产生手性中间体2，以高的映选择性和制备性产量（图2 a）[ *5]。与血红素依赖性的氧酶相比，A-kgd仅需要与-Ketogoglutarate组合铁，并且不需要复杂的共同因素或还原酶域的共表达。酶的高选择性还使它们能够针对特定的
用于基因工程和细胞疗法的基于 RNA 的控制器
RNA 作为一种高度紧凑、模块化、便携且可编程的调节器在过去的二十年里，合成生物学的发展推动了基于 RNA 的新型基因表达调节装置和系统的工程化 [9–24] 。基于 RNA 的基因工具为在基因和细胞疗法中建立控制提供了独特的特性。基于 RNA 的设备提供快速、紧凑、模块化且可编程的基因调控。重要的是，基于 RNA 的设备通常很小，只有数百个核苷酸的大小 [25,26] ，这使得它可以与转基因和基于 DNA 的调节器整合，而对受体细胞的递送和整合效率的影响可以忽略不计。此外，调节机制和小尺寸使 RNA 控制器可与多种递送方法兼容，包括非整合病毒载体 [25,27–30] 。由于许多 RNA 控制系统不依赖于辅助蛋白，因此基于 RNA 的系统可以在不产生可能通过抗原呈递引发免疫反应的非天然蛋白的情况下提供控制。因此，与基于蛋白质的系统相比，基于 RNA 的系统具有最小的免疫原性。
开发-嵌合抗原受体-原代-人类-...
基因工程是推动免疫疗法发展的主要驱动力，而过继免疫疗法是一种很有前途的癌症治疗方法。由于 NK 细胞具有强大的抗肿瘤特性，并且在同种异体环境中具有已证实的安全性，因此在免疫肿瘤学中对原代人类自然杀伤 (NK) 细胞进行工程改造具有巨大的前景。NK 细胞和 T 细胞是临床试验中常用的细胞类型，因为它们能够识别和摧毁恶性细胞。NK 细胞不依赖匹配的人类白细胞抗原来发挥作用，从而保护同种异体转移免受移植物抗宿主病的影响。因此，它们有可能比目前的工程化 T 细胞疗法更安全、更有效。NK 细胞治疗领域的一个关键挑战是如何使用可以支持监管备案的试剂和仪器来利用扩增、修改和处理临床相关数量的 NK 细胞的能力。在这里，我们开始解决这个痛点。
寻找并切割转移 (FiCAT) 哺乳动物基因组工程
虽然存在多种用于小等位基因基因组编辑的技术，但仍然缺乏用于在哺乳动物基因组中靶向整合大 DNA 片段的强大技术。在这里，我们开发了一种基因传递工具 (FiCAT)，它结合了 CRISPR-Cas9（发现模块）的精确度和工程化 piggyBac 转座酶（切割和转移模块）的有效载荷转移效率。FiCAT 结合了 Cas9 DNA 扫描和靶向 DNA 的功能以及 piggyBac 供体 DNA 处理和转移能力。PiggyBac 功能域经过工程设计，可提高靶向整合率，同时减少脱靶事件。我们展示了在细胞（人类（Hek293T、K-562）和小鼠（C2C12））和小鼠肝脏体内有效传递和可编程插入小型和大型有效载荷。最后，我们通过生成 394,000 个变体的靶向多样性并进行 4 轮进化，开发出更高效的 FiCAT 版本。在这项工作中，我们开发了一种在哺乳动物基因组中精确、有效地靶向插入多千碱基 DNA 片段的方法。