近期，美國哈佛大學的科學家開發出了一種分子，可能有助于解決現代農業中最為緊迫的一個問題：現在出現了一些昆蟲，能夠對某些經基因工程而抵御害蟲的作物性狀產生抵抗力。相關研究結果在線發表于4月27日的《Nature》雜志。
這項研究的通訊作者是哈佛大學華裔牛人David Liu，據稱這位教授是一位從來沒有做過博士后的年輕教授，他早年畢業于哈佛大學，1999年在加州大學伯克利校區攻讀博士學位，在Peter Schultz教授指導下從事核糖核酸研究，并自主首次開始活細胞遺傳密碼的研究。之后就被哈佛大學任命為助教授，2004年晉升為教授。Liu教授曾被麻省理工學院技術評論列入全球Top 100 青年發明家（35歲以下），“大眾科學”亦將其列入全美Top10最具才氣的青年科學家。
2011年，Liu教授帶領的研究小組在《Nature》雜志，報道了一種利用噬菌體體系進行生物分子合成的快速新方法，這種方法能在實驗室內快速進化蛋白質，他們利用由噬菌體輔助進行的連續演化體系，這個體系能直接將與大腸桿菌中蛋白的生成聯系在一起，實現由基因編碼的分子進行連續的、定向的演化。研究人員將這種方法稱為phage-assisted continuous evolution（PACE），PACE方法能幫助進化基因在宿主細胞中傳遞，而且一天就能進行幾十輪的演化，無需人為干預。這種方法縮短了以往分子演化實驗所需的時間，對于進化研究和制藥研究具有重要意義。相關閱讀：哈佛華裔牛人教授最新Nature公布新方法。
在當前這項研究中，研究人員使用噬菌體輔助的持續進化（PACE）技術，進化出了天然殺蟲蛋白質（稱為Bt毒素）的一種新形式。在昆蟲中，這種蛋白質可用來協助控制Bt毒素抵抗。這項研究是在David Liu的指導下，由哈佛大學化學與化學生物學系的研究生Ahmed H. Badran、康奈爾大學昆蟲學家Ping Wang以及孟山都公司（美國著名農業生化公司）的許多科學家們合作完成的，該研究產生了Bt毒素作物。
Liu教授指出：“在這項合作中，我們的目標非常遠大。關鍵的問題在于：通過進化Bt毒素，我們能夠將一個Bt蛋白重定向為一個不同的昆蟲腸道蛋白質嗎？并且，這樣做將使我們能夠殺死對野生型Bt毒素產生抗藥性的昆蟲嗎？我們希望，用PACE來幫助我們走在昆蟲抗藥性的前面。”
Liu說：“因為利用PACE進化的這組蛋白質，生長的更快，而且更加多樣化，所以我希望，研究人員將越來越多地利用PACE來解決傳統蛋白質進化方法很難解決的問題。在Bt毒素的情況下，我們進化出了新的Bt毒素，使用PACE經過22天就完成了500代輪回，產生的這些毒素包含幾十個氨基酸的變化。用傳統逐步進化方法進化的許多代蛋白質，每周只有大約一代的速度，要做到這些輪回可能需要十年的時間。”
PACE平臺可用于一系列領域，這些領域將受益于快速進化的蛋白質。例如，在衛生保健方面，它可以加速新的治療性蛋白質的發現。哈佛大學科技發展辦公室已經批準孟山都公司具有將PACE技術應用于農業方面的專屬授權。
Liu說：“我們一直在穩步地擴大我們使用PACE可以進化的分子特征的類型，最近我們開發出一種系統，可選擇能夠結合靶蛋白的蛋白質。”他說，這一發展，可讓我們能夠應對進化了的Bt毒素新形式的挑戰，因為Bt毒素作用的關鍵一步是，結合昆蟲腸道中的一個蛋白質。
雖然Liu預測，最終昆蟲可能對Bt毒素進化出抗性，但是他指出，該系統提供了生成許多新Bt毒素的能力，可靶定不同的昆蟲蛋白質。這項工作也表明，它可能會進化出同時靶定多個腸道蛋白質的Bt毒素，從而使昆蟲更難進化出抗藥性。他表示：“我希望，通過應用這種策略，我們可以克服被認為是維持現代農業產量增益的一個最大威脅。”
為了測試進化了的毒素的有效性，Liu和他的合作者，讓新進化了的毒素在Bt抗性的昆蟲體內定植，并觀察進化了的毒素的效力。Liu解釋道：“耐藥性昆蟲能夠耐受高于普通敏感昆蟲1000倍的野生型Bt毒素。但是，進化了的Bt毒素殺死這些耐藥性昆蟲的效力，比野生型Bt毒素高出多達335倍，從而恢復了幾乎所有失去了的Bt毒素效力。”
Liu說，最終，這項技術最值得研究的前景是，它的益處會超出實驗室，應用于更多領域。他說：“我深信，我們的研究不應該受困于書面。在理想的情況下，它最終應該受益于人類。我們課題組大部分的研究，旨在通過啟用新的療法來實現這一目標。這項合作是一個項目的極好例子，該項目并不旨在開發新的療法，而在于另一個重要的目標，即，試圖保護和改善我們為人類提供食物的能力。”
近年來，David R Liu帶領的研究小組相繼發表了一系列重要的研究成果。2014年5月，他帶領的科學家小組，發現了一個可以在動物體內減慢胰島素降解的化合物，這為開發出一種潛在的糖尿病新療法打開了大門。研究人員證實，利用這一新發現的化合物來抑制小鼠體內的胰島素降解酶(IDE)，可以升高小鼠的胰島素水平，促進胰島素信號。最終，在患者中使用這一化合物有可能幫助維持較高的胰島素水平，改善葡萄糖耐受，由此治療糖尿病。相關研究結果發表在《Nature》雜志。相關閱讀：華裔牛人Nature提出糖尿病治療新策略。
2014年11月，David R Liu帶領的研究小組在《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上發表的新研究發現，相比于將編碼基因組編輯蛋白的基因傳送到細胞中，直接傳送這些蛋白質有可能更具有前景。一類有可能已置于許多生物學家架子上的分子，可為這些基因組編輯蛋白打開大門。 相關閱讀：哈佛華裔牛人Nature子刊發布基因組編輯新技術。
去年4月份，David Liu領導的科學家小組開發出了一種可以用一個藥物樣小分子開啟的Cas9工程酶。通過利用這種可激活形式的Cas9，研究小組以比標準形式Cas9高25倍的特異性改變了人類基因組中的靶標。他們的研究論文發表在近期的《自然化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志上。相關閱讀：華裔學者Nature子刊提高CRISPR/Cas9基因組編輯精確度。
去年8月份，他們又開發出了一項能推動基因組工程領域的新技術。這一技術可顯著提高科學家們靶向特定缺陷基因，然后“編輯”它們，用健康DNA替代這一受損遺傳密碼的能力。這一重要的研究成果發布在《自然方法》（Nature Methods）。相關閱讀：華裔牛人Nature Methods發布基因組編輯優化新技術。