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肿瘤|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 。
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 。
本文转载自科技日报 ， 作者张佳星 。


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