江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

基因|厉害！LED照一照 “基因剪刀”就能指哪剪哪( 二 )


“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Cas9核酸酶 。
“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 。
光照时间太长 活体高效递送还需“打怪升级”
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，研究团队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？比如高效递送到肝脏和肿瘤组织里面，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 。
研究团队后来在合作团队的帮助下，使用另一种更小的、能够整合进细胞里的质粒进行递送工作 。实验结果中，转基因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 。
实体瘤是比组织器官更致密的组织，进入其中则需要进一步升级递送系统 。
“为了把FAST系统高效递送到肿瘤组织细胞里面，我们与浙江大学专门制作DNA分子递送的团队合作，用纳米技术合成的材料实现了向肿瘤组织的高效递送 。”叶海峰说 。
在肿瘤小鼠模型中的验证结果显示，将FAST系统递送至小鼠体内的肿瘤后，通过远红光LED的照射，FAST系统能切割肿瘤致癌基因，从而显著抑制肿瘤的生长 。
再好的技术只有走进应用才能实现价值 。“之所以希望实现光控，初心就是希望推进广泛的应用 。”叶海峰说，实验也证明了远红光可以透过小鼠的皮肤进入到小鼠的肝脏内部，甚至进入到实体瘤内部 。这意味着FAST系统有疾病治疗的应用潜力 。
【基因|厉害！LED照一照 “基因剪刀”就能指哪剪哪】叶海峰表示，团队仍在进一步优化光控基因表达系统，例如现在的光控系统需要光照2小时才能工作，而未来希望得到改进后，照射几秒就能产生效果 。 


推荐阅读


上一篇：固氮|替代工业氮肥，我国生物固氮应用有了“小目标”

下一篇：火星|人类“殖民”火星？那可能要派细菌和藻类先行……