厉害了！基因编辑实现光控( 二 ) 科技日报记者张佳

“我们试验了各种方案，但整个系统的运行却都失败了。 ”叶海峰说，这个结果意味着需要对策略进行根本性的调整。
直到有一天，叶海峰在《自然》子刊（Nature Biotechnology)上看到一篇张锋（基因编辑技术发明人之一）的文章，上面说基因编辑的Cas9蛋白可以一拆而二，拆开来之后的两半再合起来也是有功能的。
“受到这样的启发，我们就想我们可不可以就把它拆成两半，一半是连续的强表达（自始至终一直表达），另一半用光驱动调控来表达。 ”叶海峰说，就像“钥匙”的两半拼在一起才能开锁一样。
“拼”这个动作又要怎么自动实现呢？叶海峰想到了热纤维梭菌中的一对能够自发相互结合的蛋白Coh2和DocS 。让它们加入进来，分别与Cas9的两部分融合， Coh2和DocS就会像“磁石”一样，将Cas9的两部分拼装成完整、有功能的完整Cas9核酸酶。

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“究竟是哪一半用光来调控诱导表达，都是有说法的。 ”叶海峰回忆，课题组对多种情况进行了试验，至少进行了上百种不同序列的验证，以寻找最佳光控基因编辑效果。
“我们还对整个系统进行了优化，例如质粒的浓度配比，核输入信号和核输出信号的选择及组合等，并在细胞水平进行了测试。 ”叶海峰说，经过严谨的优化，实验结果最终令人满意，并将其命名为“FAST系统” 。
研究结果显示， FAST系统在LED发射的低强度远红光照射下可以诱导细胞内的基因编辑，而在黑暗情况下保持“静默”的效果也很好。
进一步地研究表明， FAST系统在多种细胞中均显示出可调控的基因编辑效果，并具有很好的光照强度和时间依赖性，以及高度的时空特异性，为研究FAST系统在动物体内的可调控基因编辑能力奠定了基础。
“我们至今也不太清楚为什么直接调控表达完整Cas9核酸酶的系统不成功。 ”叶海峰说，不按程序走，这就是生命科学的神奇之处，而合成生物学正是在破解这些意外中积累起来，最终解决更大的科学命题。
FAST系统“打怪升级”
走进肿瘤BOSS不简单
生命体是复杂的，在细胞水平运转良好的系统在活体中能不能工作，仍面临着重重挑战。为此，在进行了细胞验证后，研究者还进行了转基因报告模型小鼠和肿瘤模型小鼠的验证工作。
“让整个系统在活体中工作，会遇到新的问题，比如递送的问题。 ”叶海峰解释， FAST系统由好几个质粒组成，它们进入细胞比较简单，但能不能突破重重阻碍进入到组织细胞里面呢？比如怎么高效递送到肝脏里面，怎么高效的递送到肿瘤组织里面，这就需要借助于递送系统，而且递送的效率直接决定整个系统的工作效率。
“研究推进时，递送技术是又一个难题，我们最初直接通过静脉注射，效果却不是那么好。 ”叶海峰说， “细胞中工作的质粒在进入活体的时候受到了阻碍，因为整个系统承载的元件太多，所有元件同时递送的效率不能保证，且质粒会被机体认为是外来物而被清除掉。 ”
想进入活体，整个系统还需要再调整。 “这就好比原来坐的卡车太大了、目标明显，需要换乘一个‘特洛伊木马’潜进去。 ”叶海峰说。

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研究团队后来在伙伴团队的帮助下，使用另一种更小的、并能够整合进细胞里的质粒进行系统的递送工作。实验结果中，转基因报告的小鼠在肝脏部位显示出了基因编辑的报告情况，表明小鼠肝脏细胞中DNA可通过光控编辑。

厉害了！基因编辑实现光控( 二 )

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