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摘要 利用CRISPR-Cas9技术开展遗传疾病治疗已取得重大进展。本文讨论了 CRISPR-Cas9 的历史和工作原理,重点介绍了其在遗传疾病治疗中的应用。这项研究的重点包括囊性纤维化、地中海贫血和杜氏肌营养不良症等疾病。利用 CRISPR-Cas9 进行基因治疗涉及编辑特定基因以纠正致病突变,从而开辟更有效治疗的可能性。然而,该技术的使用存在各种障碍,例如可能出现脱靶效应、伦理问题和长期安全性。然而,人们正在努力提高 CRISPR-Cas9 的特异性和准确性,以便开发有效的递送方法和提高安全性成为研究的主要重点。未来,CRISPR-Cas9 可能成为一种更具针对性和个性化的基因疗法,为在分子水平上治疗遗传疾病开辟机会,并为以前难以治疗的疾病提供替代疗法。此外,该技术还有可能早期预防遗传疾病并开发更实惠的基因疗法。跨学科合作是优化 CRISPR-Cas9 潜力的关键,以确保开发出符合伦理道德且有益于未来人类健康的遗传疾病疗法。关键词:CRISPR-Cas9,遗传病,基因编辑技术,基因治疗
摘要:CRISPR/Cas 最初于 35 年前在大肠杆菌中被发现,是一种防止病毒(或其他外源)DNA 入侵基因组的防御系统,它开创了功能遗传学的新时代,并成为生命科学所有分支领域的一种多功能遗传工具。CRISPR/Cas 以简便快速的方式彻底改变了基因敲除方法,但它在基因敲入和基因修饰方面也非常有效。在海洋生物学和生态学领域,该工具在“暗”基因的功能表征和基因旁系同源物的功能分化记录中发挥了重要作用。尽管它非常强大,但仍存在一些挑战,阻碍了一些重要谱系中功能遗传学的进展。本综述探讨了 CRISPR/Cas 在海洋研究中的应用现状,并评估了迅速扩大这一强大工具的部署以解决无数基础海洋生物学和生物海洋学问题的前景。
摘要:识别和分类胶质瘤脑肿瘤是医学领域的一项艰巨任务,为了延长患者的寿命,尽早识别恶性肿瘤至关重要。已经进行了医学图像分析研究以帮助检测恶性脑肿瘤。为了实现高分类性能,提取的特征必须既具有描述性又具有判别性。机器学习在分类中至关重要,因为它具有灵活性和对不同问题的适应性。我们提出了一种聚类图像和特征支持分类器 (CIFC) 以及一个深度卷积神经网络框架来对脑肿瘤图像进行分类。所提出的模型由各种分类器组成,例如:(i) 原始和分段图像特征支持的分类器;(ii) 原始和分段图像支持的分类器和 (iii) 聚类图像和特征支持的分类器。免费和开放访问的图像数据集 BRATS 2021 用于训练和测试所提出的肿瘤检测系统框架。 CFIC 的表现优于迄今为止提出的几乎所有分类器。所提出的系统的性能指标结果为灵敏度 99.76%、特异性 98.04% 和准确度 99.87%。因此,与其他现有技术相比,所提出的系统结果在肿瘤检测方面表现良好。
硅IGBT的开发一直以更高的功率效率和更高的当前处理能力来设计优化和降低电源转换器系统的成本。在过去的三十年中,通过引入沟槽几何学[1],野外停机(FS)技术[2]和注射增强(IE)效应来取得重大进展。但是,在州绩效,切换频率和长期可靠性方面的进一步改善变得难以实现。这是因为动态雪崩(DA)在限制高电流密度操作能力方面起着关键因素[4-7]。要打破常规IGBT的基本限制,并保持与宽带差距(WBG)功率设备的竞争力,必须以可靠的方式实施创新的硅技术,以实现自由运营和显着降低功率损失,同时与WBG替代品相比保持硅的成本竞争力。这是因为无DA的操作可以降低门电阻,从而降低开关损耗并提高可靠性。沟槽簇的IGBT(TCIGBT)是唯一到目前为止已实验证明的无DA的解决方案[7-11]。其自晶状功能和PMOS操作可有效地管理沟槽门下的峰值电场分布。此外,即使将NPT-TCIGBT与FS-IGBT进行比较,固有的晶闸管操作也会提供更低的状态损失[10,11]。因此,TCIGBT提供了一种高度有希望的解决方案,可以超越当前IGBT技术的限制。
β 血红蛋白病,如镰状细胞病 (SCD) 和 β 地中海贫血,其特征是血红蛋白亚基 β 基因 (HBB) 的不同突变。这些疾病的表型表现和严重程度各不相同,更严重的表现会导致输血依赖以及感染和铁过载等相关并发症。β 血红蛋白病症状在出生后迅速恶化,因为胎儿血红蛋白 (HbF) 水平开始下降。为了扭转这种下降趋势,目前的治疗计划通常涉及使用羟基脲等药物来提高 HbF 的表达水平。然而,这些治疗只能产生短暂的效果,必须持续使用。基因编辑技术,如 CRISPR/Cas9(成簇的规律间隔的短回文重复序列 - CRISPR 相关蛋白),提供了创造新疗法的机会,这些疗法可以提高 HbF 表达并可能产生永久性影响。已确定两个基因靶点可显著增加 HbF 蛋白表达,即 B 细胞淋巴瘤/白血病 11A 基因 (BCL11A) 和γ 珠蛋白基因的启动子区 (HBG1/2)。为了区分 BCL11A 和 HBG1/2 编辑的有效性,我们进行了一项荟萃分析,首先根据搜索词“β-地中海贫血”、“beta-thal”、“镰状细胞病”、“SCD”和“CRISPR”确定了 119 项可纳入的研究。根据排除和纳入标准,我们对 2018 年至 2021 年纳入研究的 8 项经过同行评审的已发表研究进行了分析。森林图是使用 R(版本 4.1.2)生成的。初步比较分析表明,与 BCL11A 相比,HBG1/2 对诱导 HbF 表达的影响显著 (p < 0.01) 更大。
在原核生物中,CRISPR(成簇的规律间隔的短回文重复序列)最初是作为防御入侵质粒和病毒的机制而开发的。Ishino 于 1987 年首次发现 CRISPR 结构。1 在其他细菌和古细菌中发现许多类似结构后,Jansen 于 2002 年创造了 CRISPR 这个绰号。2-3 后来,Mojica 及其同事推测 CRISPR 模式及其相关蛋白质可以抵御遗传影响,并可能具有免疫防御活性。4 然而,这一领域的三位主要贡献者是 Charpentier、Doudna 和 Zhang。CRISPR Cas-9 的机制首先由 Charpentier 阐明。后来 Charpentier 和 Doudna 报道了 Cas-9 介导的生化表征和系统优化。5 张是第一个在多细胞生物中实现 CRISPR Cas-9 遗传修饰的人。6
1 纳季兰大学医学院内科放射学系,纳季兰 61441,沙特阿拉伯;yealmalki@nu.edu.sa 2 世宗大学无人驾驶车辆工程系,首尔 05006,韩国;umair@sejong.ac.kr 3 Secret Minds,创业组织,伊斯兰堡 44000,巴基斯坦;engnr.waqasahmed@gmail.com 4 国立科技大学(NUST)机械与制造工程学院(SMME)机器人与智能机械工程系(RIME),H-12,伊斯兰堡 44000,巴基斯坦; karamdad.kallu@smme.nust.edu.pk 5 伊巴达特国际大学电气工程系,伊斯兰堡 54590,巴基斯坦 6 卡西姆大学医学院放射学系,沙特阿拉伯布赖代 52571;salduraibi@qu.edu.sa(SKA);al.alderaibi@qu.edu.sa(AKA) 7 纳季兰大学工程学院电气工程系,沙特阿拉伯纳季兰 61441;miditta@nu.edu.sa 8 扎加齐格大学人类医学学院放射学系,埃及扎加齐格 44631;maatya@zu.edu.eg 9 纳季兰大学应用医学科学学院放射科学系,沙特阿拉伯纳季兰 61441; hamalshamrani@nu.edu.sa * 通信地址:amad.zafar@iiui.edu.pk † 这些作者作为第一作者对这项工作做出了同等贡献。
尽管已有有效的预防性乙型肝炎病毒 (HBV) 疫苗,但慢性乙型肝炎病毒 (HBV) 感染仍然是全球主要的健康问题。目前的抗病毒疗法无法完全治愈慢性乙型肝炎 (CHB),因为共价闭合环状 DNA (cccDNA)(HBV 的复制模板)具有持久性,因此需要开发替代治疗方法。CRISPR/Cas 系统是一种新兴的基因组编辑工具,在基因组编辑和基因治疗方面具有巨大的前景。多项体外和/或体内研究已证明 HBV 特异性成簇规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/相关蛋白 9 (CRISPR/Cas9) 系统在切割 HBV DNA 和 cccDNA 方面的有效性。尽管 CRISPR/Cas 技术的最新进展增强了其在临床应用抗 HBV 感染的前景,但将 CRISPR/Cas9 系统体内递送到目标部位仍然是一项重大挑战,需要在其临床应用于 CHB 基因治疗之前解决。在本综述中,我们讨论了用于靶向 HBV 感染的 CRISPR/Cas9 递送工具,重点介绍了腺相关病毒载体和基于脂质纳米颗粒 (LNP) 的 CRISPR/Cas 核糖核蛋白 (RNP) 递送治疗 CHB 的开发。此外,我们还讨论了递送工具在增强 CRISPR/Cas9 抗 HBV 感染的抗病毒功效方面的重要性。
许多细菌对入侵的噬菌体或质粒具有 II 型免疫力,称为成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/CRISPR 相关 9 (Cas9) 系统,用于检测和降解外来 DNA 序列。Cas9 蛋白有两个负责双链断裂的核酸内切酶(分别称为 HNH 结构域,用于切割 DNA 双链的靶链,RuvC 结构域用于切割非靶链)和一个单向导 RNA (sgRNA) 结合结构域,其中 RNA 和靶 DNA 链是碱基配对的。三种工程化的单 Lys-to-Ala HNH 突变体(K810A、K848A 和 K855A)表现出对靶 DNA 链切割的增强的底物特异性。我们在本研究中报告,在野生型酶中,在 1mM EDTA 存在下,与催化位点相邻的含 Y836 环(包括 E827-D837)内的 D835、Y836 和 D837 具有无法表征的加宽 1 H 15 N NMR 共振,而环中其余残基具有不同程度的加宽 NMR 光谱。我们发现,野生型酶中的该环在分子动力学 (MD) 模拟期间表现出三种不同的构象,而三个 Lys-to-Ala 突变体