[圖文]美生物學家打造出「細胞黑客」 | 陽光歷史

 

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[圖文]美生物學家打造出「細胞黑客」

2015年12月03日 科學探秘-短篇 暫無評論 閱讀 85 次


 


  據《自然》網站11月25日報道,美國生物學家研究出一種基因線路,可以按照需要編製程序,指示細胞對想要的信號作出響應。這項技術有著廣泛用途,比如誘導干細胞分化成體內的不同組織,或在營養不良時激活植物的防禦機制等。相關研究發表在11月26日出版的《科學》雜誌上。


  「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裡斯蒂娜·斯莫克說,其主要難點在於如何控制細胞行為,以及如何開發細胞路徑。


  為此,研究小組製造了一段DNA(脫氧核糖核酸)作為基因線路,將其插入細胞轉錄到RNA(核糖核酸)中後,它會去探尋細胞內部是否存在某種特殊的目標蛋白質,一旦找到,線路就會給這種蛋白質編碼。


  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,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-聯蛋白的信號蛋白質(在某些腫瘤中beta-聯蛋白會被過度複製),找到目標後適配子就會與其結合,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生酶。


  為了檢驗設計線路的效果,他們激活人體細胞產生額外的beta-聯蛋白,讓它們變得像癌細胞,然後用更昔洛韋來治療,結果顯示,含有編製線路的細胞都被藥物殺死了。


  斯莫克說,一條線路裡有多個適配子感受器,能對不同類型的蛋白質起不同的反應。從理論上,這種線路能包含任何基因,也可以設計適配子來識別任何蛋白質。通過扭轉這種線路裡的「線」,能讓細胞不僅對存在的蛋白質發生響應,還能對缺失的蛋白質發生響應。


  加利福尼亞勞倫斯·伯克利國家實驗室的系統與合成生物學家亞當·阿金說,新技術在靈活性上是一種突破。在利用細胞信號方面,其他研究傾向於作為一種「一次性的預設工程」(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合,他們最終將能夠控制其在體內發揮作用時的位置和時機。比如,通過指示多功能幹細胞對體內的蛋白質蹤跡信號發生響應,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。


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