美生物學家打造出“細胞黑客”
預設(shè)基因線路可指示人體細胞按需分化
本報訊 據(jù)《自然》網(wǎng)站11月25日報道，美國生物學家研究出一種基因線路，可以按照需要編制程序，指示細胞對想要的信號作出響應。這項技術(shù)有著廣泛用途，比如誘導干細胞分化成體內(nèi)的不同組織，或在營養(yǎng)不良時激活植物的防御機制等。相關(guān)研究發(fā)表在11月26日出版的《科學》雜志上。
“從廣泛意義上講，就是對細胞的行為和決策進行控制，讓其對任何感興趣的蛋白質(zhì)作出反應。”負責該項研究的加利福尼亞斯坦福大學生物工程師克里斯蒂娜·斯莫克說，其主要難點在于如何控制細胞行為，以及如何開發(fā)細胞路徑。
為此，研究小組制造了一段DNA（脫氧核糖核酸）作為基因線路，將其插入細胞轉(zhuǎn)錄到RNA（核糖核酸）中后，它會去探尋細胞內(nèi)部是否存在某種特殊的目標蛋白質(zhì)，一旦找到，線路就會給這種蛋白質(zhì)編碼。
比如，其中一種線路包含了一種酶的基因，這種酶能讓細胞對抗病毒藥物更昔洛韋（ganciclovir）更加敏感。研究人員在基因序列中插入一個停止信號，以防止細胞通過信使RNA生成工作蛋白質(zhì)，而到下一個停止信號時，它們會編碼一小段RNA作為一個適配子，識別一種叫做beta-聯(lián)蛋白的信號蛋白質(zhì)（在某些腫瘤中beta-聯(lián)蛋白會被過度復制），找到目標后適配子就會與其結(jié)合，由此會讓細胞與信使DNA以某種方式鉸接，從而清除停止信號以產(chǎn)生酶。
為了檢驗設(shè)計線路的效果，他們激活人體細胞產(chǎn)生額外的beta-聯(lián)蛋白，讓它們變得像癌細胞，然后用更昔洛韋來治療，結(jié)果顯示，含有編制線路的細胞都被藥物殺死了。
斯莫克說，一條線路里有多個適配子感受器，能對不同類型的蛋白質(zhì)起不同的反應。從理論上，這種線路能包含任何基因，也可以設(shè)計適配子來識別任何蛋白質(zhì)。通過扭轉(zhuǎn)這種線路里的“線”，能讓細胞不僅對存在的蛋白質(zhì)發(fā)生響應，還能對缺失的蛋白質(zhì)發(fā)生響應。
加利福尼亞勞倫斯·伯克利國家實驗室的系統(tǒng)與合成生物學家亞當·阿金說，新技術(shù)在靈活性上是一種突破。在利用細胞信號方面，其他研究傾向于作為一種“一次性的預設(shè)工程”（one-offs of bespoke engineering），而斯莫克的線路可以用在不同類型的細胞中，開發(fā)更為廣泛的生物路徑。
斯莫克認為，這種“細胞黑客”線路（Cell-hacking circuit）要進入臨床應用還需再等幾年，但與其他實驗性治療相結(jié)合，他們最終將能夠控制其在體內(nèi)發(fā)揮作用時的位置和時機。比如，通過指示多功能干細胞對體內(nèi)的蛋白質(zhì)蹤跡信號發(fā)生響應，讓它們生出多種組織，分化成希望的樣子；或讓含有特定線路的殺癌免疫細胞能免受健康細胞的攻擊。
文章來源：科技日報
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