自然杂志: 今年要紧十人中年轻的中国科学家

StephenW

FENG ZHANG: DNA’s master editor                                                                                                                                                                Borrowing from bacteria, a biologist helps to create a powerful tool for customizing DNA.
By Daniel Cressey
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Kent Dayton

                               
       
                                                                                                                                                                                                                With a nip here and a tuck there, a DNA-cutting mechanism that bacteria use to protect themselves from viruses became one of the hottest topics in biomedical research in 2013. And a young neuroscientist with a penchant for developing tools helped to make it happen.
                                                                                                                                                                Thirty-two-year-old Feng Zhang of the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge is among those leading the charge in using a system called CRISPR/Cas to edit genomes cheaply, easily and precisely. In January, his group showed that the system works in eukaryotic cells — ones with membrane-bound nuclei, including those of all animals and plants. This confirmed its potential for tweaking the genomes of mice, rats and even primates to aid research, improve human-disease modelling and develop treatments (L. Cong et al. Science 339, 819–823; 2013).
                                                                                                                                                                                                                                                                        
       
                                                                                                                                                                                                                But as hot as the story has been this year, “the CRISPR craze is likely just starting”, says Rodolphe Barrangou, a microbiologist at North Carolina State University in Raleigh.
                                                                                                                                                                CRISPRs (clustered regularly interspaced palindromic repeats) are DNA sequences that many bacteria and archaea use to defend themselves. They encode RNAs that can specifically recognize a target sequence in a viral genome. The RNAs work in complex with a CRISPR-associated protein, or Cas, which snips the DNA of the invader.
                                                                                                                                                                In 2012, Jennifer Doudna of the University of California, Berkeley, Emmanuelle Charpentier, now at the Helmholtz Centre for Infection Research in Braunschweig, Germany, and colleagues showed that they could reprogram a CRISPR system to cut apart potentially any specific DNA target (M. Jinek et al. Science 337, 816–821; 2012). By controlling how the break is repaired, they can edit a gene — adding, switching or removing parts to change the protein it encodes or disable it altogether.
                                                                                                                                                                CRISPR is similar to two earlier genome-editing methods: the zinc-finger nuclease (ZFN) and transcription activator-like effector nuclease (TALEN) systems. But both of those locate target sequences using proteins that are often difficult and costly to produce. CRISPRs use RNA, making them easier to design. Zhang says he feels limited only “by what I can imagine is possible”.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Nature special: The year in review

               
       
                                                                                                                                                                                                                Although Charpentier and Doudna are generally credited with kick-starting the growth of CRISPR editing, Zhang demonstrated its vast potential by showing that it works in eukaryotes, a finding independently confirmed by George Church at Harvard Medical School in Boston, Massachusetts (P. Mali et al. Science 339, 823–826; 2013). Zhang says that he had a head start on many of the teams who jumped in: he had been investigating the technique before it was widely reported, and because his lab had previously fine-tuned ZFNs and TALENs to edit DNA, it had procedures in place for perfecting CRISPRs.
                                                                                                                                                                Zhang now says that he feels challenged to be creative with other applications. One particularly ambitious project on his slate is to build a library of CRISPRs that can delete any sequence in an organism’s entire genome in 100–200 base-pair increments. This could make it easier to investigate the function of non-coding DNA.
                                                                                                                                                                But he is most interested in using CRISPR to treat neuro­psychiatric conditions such as Huntington’s disease and schizophrenia by repairing genes in human tissues. To pursue therapeutic use of the technology, he and other CRISPR pioneers last month launched a company called Editas Medicine, based in Cambridge, that is backed by US$43 million in venture-capital funding. CRISPR “allows us to start to make corrections in the genome”, says Zhang. “Because it’s easy to program, it will open up the door to addressing mutations that affect few people but are very devastating.”

张洪峰： DNA的主站编辑

从细菌借款，生物学家有助于建立一个强大的工具，用于自定义的DNA。
由丹尼尔·克雷西

肯特顿

与这里的咬合和掖在那里，一个细菌用来保护自己免受病毒DNA的切割机构成为最热门的话题在生物医学研究在2013年之一。和一个年轻的神经科学家以一个爱好为开发工具，有助于做到这一点。

三十二岁的张枫麻省理工学院在剑桥是在那些领导负责在使用一种称为CRISPR / CAS系统，以廉价的基因组编辑，方便，精确。今年一月，他的研究小组表明，该系统工作在真核细胞 - 那些与膜结合的核，包括所有的动物和植物。这证实了其潜在的扭捏小鼠，大鼠，甚至灵长类动物的基因组，以帮助研究，提高人类疾病建模和开发治疗（ L.聪等人，Science 339 ， 819-823 ; 2013 ） 。

   
但由于热的故事今年以来， “中CRISPR热潮可能刚刚开始” ，说鲁道夫Barrangou ，微生物学家在北卡罗来纳州立大学罗利。

CRISPRs （集群定期interspaced回文重复序列）是许多细菌和古细菌利用为自己辩护的DNA序列。它们编码的RNA ，可特异性识别靶序列在病毒基因组中。该分子RNA在复杂的工作与CRISPR相关蛋白，或CA ，这剪入侵者的DNA中。

在2012年，美国加州大学伯克利分校，艾曼纽·夏邦杰，现在在亥姆霍兹中心的Jennifer Doudna在不伦瑞克，德国和同事感染研究发现，他们可以重新设定一个CRISPR系统分割任何潜在的特异性DNA靶标（ M。 。 Jinek等Science 337 ， 816-821 ， 2012） 。通过控制中断是怎么修好，他们可以编辑一个基因 - 添加，切换或拆卸部件，以改变它编码的蛋白质或完全禁用它。

CRISPR类似于前面两个基因组编辑方法：锌指核酸酶（ ZFN ）和转录活化因子样效应物核酸酶（ TALEN ）系统。但是这两个的定位用的蛋白质，是常困难和昂贵的，以产生靶序列。 CRISPRs使用的RNA ，使他们更容易设计。张先生说，他觉得只有“通过什么我能想象是可能的”的限制。


虽然夏邦杰和Doudna一般都归功于脚踏起动CRISPR编辑的增长，张某通过表明它的工作原理在真核生物中，一个独立的发现在哈佛医学院波士顿乔治教堂证实，马萨诸塞（ P.马里等展示了其巨大的潜力。人，Science 339 ， 823-826 ， 2013 ） 。张某说，他有一个良好的开端许多谁在跳的球队：他一直在调查技术之前它被广泛报道，而且因为他的实验室曾微调的ZFN塔兰和编辑的DNA ，它在的地方有程序为完善CRISPRs 。

张先生说，现在他感觉挑战是与其他应用程序的创意。在石板上的一个特别雄心勃勃的计划是建立CRISPRs ，可以删除任何序列中的一个生物体的整个基因组中100-200碱基对增量的图书馆。这可以更容易地观察非编码DNA的功能。

但他最感兴趣的CRISPR来治疗神经精神疾病，如亨廷顿氏症和精神分裂症在人体组织修复基因。为了追求治疗使用的技术，他和其他CRISPR先驱上个月推出了一家名为Editas医药，总部设在英国剑桥，是由4,300万美元的风险投资资金支持。 CRISPR “让我们开始进行更正的基因组” ，张说。 “因为它很容易编写，它会打开门来解决影响少数人，但都非常毁灭性的突变。 ”

StephenW

HUALAN CHEN: Front-line flu sleuth                                                                                                                                                                A virologist helped China to quell an outbreak of H7N9 avian flu in humans.
By Declan Butler
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Harbin Veterinary Res. Inst.

                               
       
                                                                                                                                                                                                                In the early weeks of April, the world’s virologists and public-health officials had their eyes fixed on China. An emerging avian influenza virus — H7N9 — was jumping to humans from infected poultry, causing severe disease and deaths, with new cases appearing in Shanghai and neighbouring provinces. Hualan Chen, head of China’s National Avian Influenza Reference Laboratory in Harbin, found herself and her lab on the front line of efforts to contain the outbreaks. The scientists pushed all other research aside to focus on H7N9 and to find its route of transmission to humans from birds or other animals. They were so busy, Chen says, that “several lost four to five kilograms during the [first] six weeks”.
                                                                                                                                                                Less than 48 hours after H7N9 cases were first confirmed (S. JianZhong et al. Chin. Sci. Bull. 58, 1857–1863; 2013), Chen’s team, along with researchers at the Shanghai Animal Disease Control Center, collected about 1,000 samples from soil, water, poultry farms and live poultry markets in Shanghai and the neighbouring province of Anhui, where the first cases had occurred. Twenty came up positive for H7N9, all from live markets in Shanghai. Authorities quickly closed live markets in the cities where most cases had been reported, and the rate of new infections immediately plummeted. China’s rapid and transparent response has been widely applauded.
                                                                                                                                                                The low rate of new cases has continued, with only a handful reported from May through to the end of November, giving Chen and other researchers time to learn more about the virus. They know that H7N9 jumps more easily to humans from birds than does another deadly avian flu virus, H5N1. So far, H7N9 has shown no sign that it can pass from person to person, but Chen believes that it may have this potential.
                                                                                                                                                                Chen was so focused on dealing with the H7N9 outbreak that she paid little attention to a brouhaha that erupted in May over the publication of a study that she and Chinese colleagues had done describing the creation of hybrids of avian H5N1 and 2009 pandemic H1N1 flu that could spread easily between guinea pigs (Y. Zhang et al. Science 340, 1459–1463; 2013). The work was reminiscent of controversial research published last year that involved the creation of forms of avian H5N1 that were transmissible between ferrets, prompting a moratorium on similar work that was ultimately lifted in January 2013 (see Nature 493, 460; 2013). Critics argued that Chen’s research, like the previous H5N1 studies, had few practical benefits and that the engineered hybrids might spark a pandemic should they escape from the lab.
                                                                                                                                                                Chen asserts that these experiments help to illustrate the threats posed by new flu strains; the H5N1 and H1N1 strains she used coexist in many countries, and she thinks that the reassortment carried out in the lab is likely to occur in nature. Similar experiments are needed for H7N9, she adds.
                                                                                                                                                                The lull in new H7N9 cases during the summer and autumn may be the result of the initial market closures, or the fact that avian flus typically spread less frequently during warmer months. Winter has now returned to China, and Chen’s lab is on the look out for any resurgence. “Influenza virus surveillance is the top priority in our lab,” she says.

华兰生物陈：前线流感侦探

病毒学家帮助中国平息H7N9禽流感在人类中爆发。
由Declan巴特勒

哈尔滨兽医住宅。研究所。

在最初的几周年4月，世界病毒学家和公共卫生官员把目光盯在中国。一个新兴的禽流感病毒 - H7N9 - 呈跳跃到人类从受感染的家禽，引起严重的疾病和死亡，与出现在上海及邻近省份新发病例。华兰生物陈，中国国家禽流感参考实验室在哈尔滨的头，发现自己和她的实验室在努力遏制疫情的第一线。科学家们推入其他研究一旁专注于H7N9 ，并找到其传播到鸟类或其他动物人类的路线。他们是如此忙碌，陈水扁说，认为“在[首页] 6周几个失去了四点五十六公斤「 。

首先被证实后， H7N9病例少于48小时（ S.建中等科学通报58 ， 1857-1863 ; 。 ， 2013年） ，陈的团队，随着研究人员在上海动物疫病预防控制中心，收集了大约1000个样本从上海土壤，水，家禽养殖场和活禽市场和安徽的邻省，这里曾发生的第一例。二十来正面为H7N9 ，全部来自于上海现场的市场。当局迅速关闭实时市场在大多数情况下，报告了城市，以及新感染率立刻一落千丈。中国的快速和透明的反应得到了广泛的赞扬。

新病例率低一直在继续，通过从五月报十一月底寥寥，给陈和其他研究人员的时间来了解更多关于该病毒。他们知道， H7N9更容易跳转到人类从鸟类比不另致命的禽流感病毒， H5N1病毒。到目前为止， H7N9已经显示没有迹象表明它可以从人传给人，但陈认为，它可能有这种潜力。

陈是如此专注于处理H7N9疫情，她很少关注一个骚动爆发五月过一项研究，她和中国同事做了描述创建禽流感病毒H5N1的杂交种和2009年甲型H1N1流感可能公布豚鼠（ 。 ; 2013 Y. Zhang等人，Science 340 ， 1459-1463 ）之间容易传播。这项工作是让人联想到有争议的研究去年发表的，涉及建立禽流感病毒H5N1的表单是传染性雪貂之间，促使类似的工作暂停被解除，最终2013年1月（参见Nature 493 ， 460 ， 2013年） 。批评者认为，陈的研究，像以前的H5N1病毒的研究中，很少有实际利益，而设计的混合动力车可能引发大流行，他们应该从实验室逃脱。

陈先生称，这些实验有助于说明由新的流感毒株造成的威胁; H5N1型和H1N1毒株她用共存于许多国家，她认为，在实验室进行了重新排列组合可能发生的性质。需要为H7N9类似的实验，她补充道。

夏季和秋季在新的H7N9病例的平静可能是最初的市场关闭，或事实，在温暖的月份，禽流感的病毒一般传播较少的结果。冬天现在已经回到中国，和陈的实验室是在寻找出任何复苏。 “流感病毒监测是在我们的实验室的重中之重， ”她说。

StephenW

365 days: Images of the year                                                                                                                                                Clear brains, hydrogen bonds and gas expelled from galaxies are among the most striking images of 2013.
                                       
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

•                                                                                                                 Daniel Cressey
  

                                                                                        18 December 2013
                                                                                                        Article tools               

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NASA/JPL-Caltech/SSI

                              
        
                                                                                                                                                                                                                FAR OUT                                                                                                                                                                Peer carefully at the lower right of this image and you might just spot the tiny dot that is Earth, seen from more than a billion kilometres away. This vista of Saturn’s famous rings backlit by the Sun was assembled from 141 individual images taken by NASA’s Cassini probe after it moved into Saturn’s shadow in July.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Marat Ahmetvaleev

                              

        
                                                                                                                                                                                                                FIRE IN THE SKY                                                                                                                                                                This huge fireball was created by the largest meteor known to hit Earth since the Tunguska rock landed in 1908. Russia was once again the unlucky recipient: the meteor exploded some 30 kilometres above Chelyabinsk in the Urals and shone brighter than the Sun.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Xiaohui Qiu/Science/AAAS

                             
        
                                                                                                                                                                                                                VISUAL LINK                                                                                                                                                                Chemists have become almost blasé about taking images of individual atoms. But with skilful use of atomic force microscopy, researchers in Beijing managed to capture the first pictures of hydrogen bonds, seen here as faint lines between four molecules of 8-hydroxyquinoline.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Kwanghun Chung & Karl Deisseroth/HHMI/Stanford Univ.

                                
        
                                                                                                                                                                                                                MIND READER                                                                                                                                                                This is one of the first ‘transparent brains’ to be made with CLARITY, a neuroimaging method that renders brains — in this case a mouse hippocampus — transparent by stripping away lipids with detergent. The technique reveals neurons in three-dimensions, instead of conventional two-dimensional slices.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Satoshi Takeuchi

                                

        
                                                                                                                                                                                                                MAGIC MOMENT                                                                                                                                                                Reminiscent of an art installation, these γ-ray detectors in Japan captured evidence that calcium atoms with 20 protons and 34 neutrons are stable, identifying 34 as a ‘magic number’ of nuclear stability.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Dominic Clarke/Science/AAAS

                              

        
                                                                                                                                                                                                                FLOWER POWER                                                                                                                                                                These images show faint electric fields around an idealized flower. UK researchers found that bees sense these fields: one bee leaves a positive charge behind and others can use it to decide whether to visit the flower.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Dimitry Papkov/Joel Brehm/Yuris Dzenis

                             

        
                                                                                                                                                                                                                SMALL AND MIGHTY                                                                                                                                                                Made of polyacrylonitrile, these nanofibres seem to defy logic — the thinner they get, the stronger and tougher they become. Made by electrospinning, in which a tiny charge draws fibres from a liquid, their slim build makes them up to ten times stronger than thicker versions currently used in optics and electronics.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Jamey Stillings

                              

        
                                                                                                                                                                                                                SOLAR STATION                                                                                                                                                                This sci-fi-esque scene offers a glimpse of the future. Solar-power installations — such as this one at the Ivanpah Dry Lake in California, where the Sun’s rays boil water to drive a turbine — grew in number and size in 2013. Some estimates predict that this source of energy will soon overtake wind power.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Tui De Roy/Minden Pictures/FLPA

                              

        
                                                                                                                                                                                                                BROUGHT TO LIGHT                                                                                                                                                                The olinguito (Bassaricyon neblina) was a rare find: a new land-mammal species discovered in the forests of the Andes. A member of the racoon family, the creature was formally described in August after a search prompted by previously misidentified museum specimens — although it turned out that an olinguito had previously been kept in US zoos.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Erik Rosolowsky/ALMA Radio Telescope

                              
        
                                                                                                                                                                                                                BLOWING IN THE WIND                                                                                                                                                                A mass equivalent to nine Suns is blown out from the galaxy NGC 253 every year by a powerful space wind. The ALMA radio telescopes in Chile imaged the carbon monoxide in this wind in unprecedented detail and revealed the extent of the ejection. Regions of low emission intensity are red, and those of high intensity are blue-purple.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Aaron LeBlanc

                              
        
                                                                                                                                                                                                                ANCIENT YOUNG                                                                                                                                                                Dating to around 195 million years ago, this bone (shown in cross-section) comes from a dinosaur embryo. It is one of about 200 such bones sampled from a bone bed in China. The rare finds offered fresh data on dinosaur development.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Jose Jacome/EPA/Corbis

                              

        
                                                                                                                                                                                                                OLD FLAMES                                                                                                                                                                Tungurahua in Ecuador has been erupting near-continuously since 2010, and sporadically since at least 7,750 bc. The volcano has provided a wealth of scientific data, including a study this year showing that local settlements were devastated in an eruption in 1,100 bc, making it the site of one of the oldest-known volcanic disasters in the Andes.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Kirsten Faurie/Kanabec County Times/www.MoraMinn.com

                              
        
                                                                                                                                                                                                                BONUS ONLINE-ONLY EDITORS’ CHOICE                                                                                                                                                                Although this image didn’t make our end-of-year print piece, it captivated our selection team. It shows Terry Headley, a volunteer with the University of Minnesota Raptor Center, rescuing an injured bald eagle in April.
                                                                                                                        
                                                Nature504,350–355(19 December 2013)doi:10.1038/504350a