70 万美元的资金将促成一项由 Jennifer Doudna 和 Jill Banfield 领导的大胆的新计划，将精确的基因组编辑应用于微生物群落。
这款 大胆的项目，TED 的一项倡议，鼓励世界上最伟大的变革者梦想更大。 由 Jennifer Doudna 和 Jill Banfield 在 Innovative 领导的一项新倡议 基因组学 研究所并于今天在温哥华举行的 TED 大会上宣布了一个使用最小工具的大梦想： 微生物.
研究计划，“工程 微生物 - CRISPR 改善我们的气候和健康”，将从捐助者那里获得 70 万美元的资金，使其成为迄今为止通过 The Audacious Project 资助的最大的科学项目。 它涉及加州大学 (UC) 三个校区（加州大学伯克利分校、加州大学戴维斯分校和加州大学旧金山分校的创新基因组学研究所 (IGI)）之间的密切合作，充分利用每个机构的优势。
“这项前沿计划将利用加州大学的研究实力来解决影响我们所有人的现实世界问题：可持续性和健康，”加州大学校长迈克尔·V·德雷克 (Michael V. Drake) 医学博士说。 “我很高兴看到多个 UC 实体协同工作，为公共利益开发和部署新技术。 我感谢我们的慈善合作伙伴支持有影响力的研究，这些研究将使世界变得更美好。”
两位项目负责人有着独特的联系：Doudna 以其开创性的 CRISPR 开发工作而闻名 基因组编辑，为此她获得了 2020 年诺贝尔化学奖； Banfield 研究微生物群落数十年，并于 菌, 在 2006 年加州大学伯克利分校咖啡馆的一次偶然会议上。现在，他们正在将他们的专长结合起来开发一个新的工具包，通过应用 CRISPR 来解决气候和人类健康方面的全球问题 基因组 编辑被称为“微生物组”的复杂微生物群落。
“这是 CRISPR 的一个令人兴奋的新领域，”Doudna 说。 “我们正在开发的精密工具将帮助我们了解微生物组在基础层面上的工作原理。 我们可以利用这些知识来解决由微生物引起的问题。”
微型微生物的超大影响
虽然肉眼看不见，但微生物——细菌、真菌、 病毒和其他微观生物——无处不在。 它们占生命多样性的绝大部分，它们以重要但经常被忽视的方式塑造世界。 虽然科学家历来单独研究微生物，但它们通常生活在复杂的群落或微生物组中，存在于我们周围的环境中，甚至存在于我们的身体中。 其实还有更多的微生物 细胞 在我们体内比人体细胞更重要，我们依赖它们来实现各种功能——但当失去平衡时，微生物群也会产生问题。
医学界越来越认识到，我们肠道、呼吸道和皮肤上的微生物群会显着影响健康问题，包括哮喘、过敏、肥胖、心血管疾病和阿尔茨海默病等神经系统疾病。 这些健康问题影响着全世界数亿人，并且在许多情况下对有色人种和低收入社区的影响尤为严重。
微生物组也是全球温室气体排放的重要且很大程度上未解决的来源。 来自牲畜、农业土壤和垃圾填埋场的微生物会排放甲烷和一氧化二氮。 牛打嗝通常被认为是甲烷的主要来源，但这些打嗝实际上源自动物肠道中产生甲烷的微生物。
我们受到潜在影响的驱动：一项新技术可以为人类健康和应对气候变化创造新的干预措施。
目前，我们必须解决引起问题的微生物组的工具是生硬的。 抗生素消灭了整个有益和有害细菌群，益生菌的影响有限，粪便移植在特定领域显示出一些希望，但面临安全性和接受度方面的担忧。
IGI 团队正在开发一种革命性的新方法来精确控制微生物组，方法是建立在 Doudna 和 Banfield 开创的两种最先进的方法的基础上，这两种方法在过去十年中都取得了长足的发展：CRISPR 基因组编辑和基因组解析 宏基因组学. 只有不到 1% 的微生物物种可以在实验室中培养，但基因组分辨的宏基因组学通过提供微生物组中所有生物及其功能的详细图谱，消除了逐个培养单个物种的需要 基因. Banfield 和合作者在 2016 年的一篇论文中使用了这些技术 自然微生物学 开发一个 新的、更清晰的生命之树图片，显示了有多少树被看不见的微生物所支配。
将基因组解析的宏基因组学与 CRISPR 基因组编辑相结合，通过对特定微生物中的特定基因进行高度针对性的改变，提供了微调微生物组的机会和必要的知识。
“的DNA 是生物体的使用手册，而 CRISPR 是一种可以重写手册以从根本上改变生物体工作方式的工具，”Banfield 说。 “基因组解析宏基因组学是我们阅读任何生物体使用手册的方式，它揭示了数以万计我们甚至不知道存在的生物体。”
在一个 2022 篇自然微生物学论文、Doudna、Banfield 和他们的团队首次表明，他们可以直接在复杂的微生物群落中精确编辑基因，包括复制天然土壤和婴儿肠道微生物群落的模型系统。 新计划建立在这项工作的基础上，重点是将工具包改进为精确的微生物组编辑平台，以及创建一类新的干预措施来治疗和预防人类疾病，并减少温室气体排放以帮助实现全球气候目标。
| 了解更多： 精准微生物组编辑 101 |
微小的温室气体排放者，巨大的影响
甲烷是人类活动产生的最有问题的温室气体之一，比二氧化碳更能使大气变暖，并且造成了工业革命以来全球温度上升的 30%。 就像牛打嗝问题一样，垃圾填埋场、废弃泻湖和稻田的甲烷排放也源自产甲烷微生物。 超过一半的人为甲烷排放源于微生物，它们具有另一个关键特征：我们目前没有在全球范围内处理它们的工具。
仅畜牧业就占所有人类驱动的温室气体排放量的近 15%，这使得畜牧业成为气候变化难题的关键部分。 加州大学戴维斯分校的 Matthias Hess 和 Ermias Kebreab 是新计划中牲畜甲烷排放部分的联合首席研究员，他们正在带领研究人员进行饮食干预，以减少牲畜的温室气体排放。 一种特别的干预措施对奶牛有效：红海藻。 给奶牛喂特定类型的红海藻会降低 表达 牛肠道中特定微生物中产生甲烷的基因，导致甲烷排放量急剧下降。 提供足够的海藻供全球奶牛每日食用是一项艰巨的任务，而且很可能不适用于占全球大部分牲畜的放牧牛。 然而，使用 CRISPR 进行早期干预可能会导致奶牛永久性低甲烷排放，并为几乎每头小牛提供一种治疗方法。
IGI 执行董事布拉德·林盖森 (Brad Ringeisen) 表示：“我们的愿景是要达到这样一种程度，即对小牛进行口服治疗可以提供终生低排放。” “为了满足全球农业的规模，解决方案需要简单且负担得起才能产生我们需要的影响。”
| 阅读加州大学戴维斯分校的更多信息： CRISPR 能否减少牛内脏的甲烷排放？ |
预防儿童哮喘
哮喘影响着全球 300 亿儿童。 我们可以治疗哮喘症状，但目前我们没有可以预防或治愈它的治疗方法。 然而，由于 Sue Lynch 的研究，我们确实知道了一个有前途的新目标，Sue Lynch 是新计划的哮喘应用联合负责人，也是该项目的负责人。 加州大学旧金山分校贝尼奥夫微生物医学中心.
林奇和她的合作者发现，婴儿肠道中不同的微生物组成会增加患哮喘的风险。 后续研究确定了患有哮喘的儿童肠道细菌产生的一种特定炎症化合物，并确定了哪些细菌产生最高浓度的代谢物，有望成为干预的目标。
“这次合作之所以如此特别，是因为它超越了基于微生物组的基因组解析宏基因组学和 CRISPR 的承诺——CAS号 技术，我们拥有贝尼奥夫微生物医学中心的基础设施和加州大学旧金山分校的临床能力 翻译 这些方法用于人类治疗，”Lynch 说。
在美国，开发这种疗法将对有色人种产生最大的影响，他们不成比例地承担着哮喘的负担。 在全球范围内，它将对低收入和中等收入国家的人们产生巨大影响，这些国家与哮喘相关的死亡人数最多。
“开发基于 CRISPR 的药物来治疗过敏和哮喘只是一个开始——这是一个概念证明。 我们最终可以使用这种方法针对许多其他条件，”Lynch 说。
| 从 UCSF 阅读更多内容： 编辑微生物组中的基因以预防疾病 |
从培养皿走向世界
这不是 IGI 第一次承担涉及将实验室发现转化为现实世界工具的项目。 IGI 开发的一种基于 CRISPR 的镰状细胞病疗法目前正处于 I 期临床试验阶段。 包括耐旱稻米在内的农产品正在进行田间试验。
“我们的倡议是‘大胆’。” 它是新的、大的、大胆的，”Doudna 说。 “我们被影响的潜力所驱动：一项新技术可以为人类健康和应对气候变化创造新的干预措施。 这种潜力让我对科学感到兴奋。”
Banfield 与 Doudna 对新发现的潜力有着相同的看法，即使该团队最初专注于特定应用。
Banfield 说：“微生物世界是广阔的，而且相对而言仍未被探索。” “这些工具将帮助我们了解关键微生物的遗传景观，并确定未来干预的目标。”
为了最大限度地提高全球影响力，IGI 团队已承诺向更广泛的研究社区传播他们的知识和工具，并与全球非营利组织合作，帮助扩大这种变革性方法。
了解更多：
- 了解 优化微生物组编辑 (BIOME) 的伯克利计划 在 IGI
- 加州大学戴维斯分校关于微生物组编辑的气候应用的新闻稿
- UCSF 关于微生物组编辑在哮喘和其他健康问题中的应用的新闻稿
- 了解更多关于科学的信息 精准微生物组编辑 101
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关于大胆的项目
于 2018 年 XNUMX 月推出， 大胆的项目 是一项协作资助计划，正在大规模促进社会影响。 位于 TED 的非营利组织致力于传播值得传播的想法，并得到领先的社会影响顾问 The Bridgespan Group 的支持，The Audacious Project 召集了资助者和社会企业家，目标是支持大胆的解决方案来应对世界上最紧迫的挑战。 资助集体由慈善界受人尊敬的组织和个人组成，包括比尔和梅琳达盖茨基金会、ELMA 慈善基金会、艾默生集体、麦肯齐斯科特、斯科尔基金会、瓦尔哈拉基金会、 更多. 每年 The Audacious Project 都会支持一个新的队列。 2023 年的受助者是 CAMFED、Canopy、Clean Slate Initiative、Global Fishing Watch、创新基因组学研究所、Jan Sahas 的移民复原力协作、ReNew2030、Restore Local、Think of Us 和 Upstream USA。
媒体联络： 安迪·默多克， andymurdock@ucberkeley.edu
