近期，美国哈佛大学的科学家开发出了一种分子，可能有助于解决现代农业中最为紧迫的一个问题：现在出现了一些昆虫，能够对某些经基因工程而抵御害虫的作物性状产生抵抗力。相关研究结果在线发表于4月27日的《Nature》杂志。
这项研究的通讯作者是哈佛大学华裔牛人David Liu，据称这位教授是一位从来没有做过博士后的年轻教授，他早年毕业于哈佛大学，1999年在加州大学伯克利校区攻读博士学位，在Peter Schultz教授指导下从事核糖核酸研究，并自主首次开始活细胞遗传密码的研究。之后就被哈佛大学任命为助教授，2004年晋升为教授。Liu教授曾被麻省理工学院技术评论列入全球Top 100 青年发明家（35岁以下），“大众科学”亦将其列入全美Top10最具才气的青年科学家。
2011年，Liu教授带领的研究小组在《Nature》杂志，报道了一种利用噬菌体体系进行生物分子合成的快速新方法，这种方法能在实验室内快速进化蛋白质，他们利用由噬菌体辅助进行的连续演化体系，这个体系能直接将与大肠杆菌中蛋白的生成联系在一起，实现由基因编码的分子进行连续的、定向的演化。研究人员将这种方法称为phage-assisted continuous evolution（PACE），PACE方法能帮助进化基因在宿主细胞中传递，而且一天就能进行几十轮的演化，无需人为干预。这种方法缩短了以往分子演化实验所需的时间，对于进化研究和制药研究具有重要意义。相关阅读：哈佛华裔牛人教授最新Nature公布新方法。
在当前这项研究中，研究人员使用噬菌体辅助的持续进化（PACE）技术，进化出了天然杀虫蛋白质（称为Bt毒素）的一种新形式。在昆虫中，这种蛋白质可用来协助控制Bt毒素抵抗。这项研究是在David Liu的指导下，由哈佛大学化学与化学生物学系的研究生Ahmed H. Badran、康奈尔大学昆虫学家Ping Wang以及孟山都公司（美国著名农业生化公司）的许多科学家们合作完成的，该研究产生了Bt毒素作物。
Liu教授指出：“在这项合作中，我们的目标非常远大。关键的问题在于：通过进化Bt毒素，我们能够将一个Bt蛋白重定向为一个不同的昆虫肠道蛋白质吗？并且，这样做将使我们能够杀死对野生型Bt毒素产生抗药性的昆虫吗？我们希望，用PACE来帮助我们走在昆虫抗药性的前面。”
Liu说：“因为利用PACE进化的这组蛋白质，生长的更快，而且更加多样化，所以我希望，研究人员将越来越多地利用PACE来解决传统蛋白质进化方法很难解决的问题。在Bt毒素的情况下，我们进化出了新的Bt毒素，使用PACE经过22天就完成了500代轮回，产生的这些毒素包含几十个氨基酸的变化。用传统逐步进化方法进化的许多代蛋白质，每周只有大约一代的速度，要做到这些轮回可能需要十年的时间。”
PACE平台可用于一系列领域，这些领域将受益于快速进化的蛋白质。例如，在卫生保健方面，它可以加速新的治疗性蛋白质的发现。哈佛大学科技发展办公室已经批准孟山都公司具有将PACE技术应用于农业方面的专属授权。
Liu说：“我们一直在稳步地扩大我们使用PACE可以进化的分子特征的类型，最近我们开发出一种系统，可选择能够结合靶蛋白的蛋白质。”他说，这一发展，可让我们能够应对进化了的Bt毒素新形式的挑战，因为Bt毒素作用的关键一步是，结合昆虫肠道中的一个蛋白质。
虽然Liu预测，最终昆虫可能对Bt毒素进化出抗性，但是他指出，该系统提供了生成许多新Bt毒素的能力，可靶定不同的昆虫蛋白质。这项工作也表明，它可能会进化出同时靶定多个肠道蛋白质的Bt毒素，从而使昆虫更难进化出抗药性。他表示：“我希望，通过应用这种策略，我们可以克服被认为是维持现代农业产量增益的一个最大威胁。”
为了测试进化了的毒素的有效性，Liu和他的合作者，让新进化了的毒素在Bt抗性的昆虫体内定植，并观察进化了的毒素的效力。Liu解释道：“耐药性昆虫能够耐受高于普通敏感昆虫1000倍的野生型Bt毒素。但是，进化了的Bt毒素杀死这些耐药性昆虫的效力，比野生型Bt毒素高出多达335倍，从而恢复了几乎所有失去了的Bt毒素效力。”
Liu说，最终，这项技术最值得研究的前景是，它的益处会超出实验室，应用于更多领域。他说：“我深信，我们的研究不应该受困于书面。在理想的情况下，它最终应该受益于人类。我们课题组大部分的研究，旨在通过启用新的疗法来实现这一目标。这项合作是一个项目的极好例子，该项目并不旨在开发新的疗法，而在于另一个重要的目标，即，试图保护和改善我们为人类提供食物的能力。”
近年来，David R Liu带领的研究小组相继发表了一系列重要的研究成果。2014年5月，他带领的科学家小组，发现了一个可以在动物体内减慢胰岛素降解的化合物，这为开发出一种潜在的糖尿病新疗法打开了大门。研究人员证实，利用这一新发现的化合物来抑制小鼠体内的胰岛素降解酶(IDE)，可以升高小鼠的胰岛素水平，促进胰岛素信号。最终，在患者中使用这一化合物有可能帮助维持较高的胰岛素水平，改善葡萄糖耐受，由此治疗糖尿病。相关研究结果发表在《Nature》杂志。相关阅读：华裔牛人Nature提出糖尿病治疗新策略。
2014年11月，David R Liu带领的研究小组在《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上发表的新研究发现，相比于将编码基因组编辑蛋白的基因传送到细胞中，直接传送这些蛋白质有可能更具有前景。一类有可能已置于许多生物学家架子上的分子，可为这些基因组编辑蛋白打开大门。 相关阅读：哈佛华裔牛人Nature子刊发布基因组编辑新技术。
去年4月份，David Liu领导的科学家小组开发出了一种可以用一个药物样小分子开启的Cas9工程酶。通过利用这种可激活形式的Cas9，研究小组以比标准形式Cas9高25倍的特异性改变了人类基因组中的靶标。他们的研究论文发表在近期的《自然化学生物学》（Nature Chemical Biology）杂志上。相关阅读：华裔学者Nature子刊提高CRISPR/Cas9基因组编辑精确度。
去年8月份，他们又开发出了一项能推动基因组工程领域的新技术。这一技术可显著提高科学家们靶向特定缺陷基因，然后“编辑”它们，用健康DNA替代这一受损遗传密码的能力。这一重要的研究成果发布在《自然方法》（Nature Methods）。相关阅读：华裔牛人Nature Methods发布基因组编辑优化新技术。
