利用DNA重組酶編程人細(xì)胞，執(zhí)行邏輯運算
在一項新的研究中，來自美國波士頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的方法來改造哺乳動物細(xì)胞，從而允許對它們進(jìn)行編程，讓它們以期望的方式發(fā)揮功能。相關(guān)研究結(jié)果于2017年3月27日在線發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標(biāo)題為“Large-scale design of robust genetic circuits with multiple inputs and outputs for mammalian cells”。
當(dāng)全世界的科學(xué)家們尋找新的方法來預(yù)防和治療疾病時，新的技術(shù)正在出現(xiàn)，其中的一些技術(shù)涉及對人細(xì)胞進(jìn)行編程，讓它們以期望的方式發(fā)揮功能，比如殺死癌細(xì)胞。在這項新的研究中，這些研究人員開發(fā)出一種新方法：利用DNA重組酶對哺乳動物細(xì)胞進(jìn)行編程。
為了了解如何對細(xì)胞進(jìn)行編程，科學(xué)家們已利用細(xì)菌等簡單的有機體開展研究，這導(dǎo)致使用轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)基因。不幸的是，這種技術(shù)經(jīng)證實不適合用來對哺乳細(xì)胞進(jìn)行編程，這是因為它并不能夠在所有的環(huán)境下一致性地產(chǎn)生同樣的結(jié)果。為了解決這個問題，這些研究人員選擇使用DNA重組酶開展研究。DNA重組酶能夠被用來以預(yù)先設(shè)計的方式切割DNA，并且以一種新的有用的方式將它連接在一起。
切割DNA，并且將它連接在一起允許對細(xì)胞進(jìn)行編程，這是因為DNA控制著細(xì)胞制造哪些蛋白。通過一種特定的方式切割和連接DNA，這些研究人員能夠誘導(dǎo)人腎細(xì)胞產(chǎn)生一種熒光蛋白，這種熒光蛋白能夠讓該細(xì)胞在特定的條件下發(fā)出熒光。插入其他的DNA片段對DNA重組酶進(jìn)行修飾，從而讓DNA重組酶失去活性，并且僅在某種化學(xué)物的存在下才被激活。通過切割多個DNA片段，導(dǎo)入新的DNA片段并將它們連接在一起，他們發(fā)現(xiàn)他們能夠構(gòu)建出113種獨特的電路，成功率為96.5%。比如，他們構(gòu)建出一種生物電路來模擬布爾查詢表(Boolean lookup table)。這種生物電路具有6個輸入值，從而允許執(zhí)行16種邏輯運算。
這項研究僅是一種概念驗證研究，但是這些研究人員比較樂觀，認(rèn)為他們的技術(shù)可能被用來開發(fā)出新的療法，比如通過對T細(xì)胞進(jìn)行編程(可能導(dǎo)致它們攻擊腫瘤細(xì)胞)增強免疫系統(tǒng)的性能。另一種可能的應(yīng)用就是利用這種技術(shù)對干細(xì)胞進(jìn)行編程，讓它們長出所需的組織。
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