科学|又一基因工具实现光控！可使试验鼠局部变异
在《水浒传》中 ， 祝家庄用一盏高悬的红灯笼指挥人马 ， 红灯笼照到哪里战斗就在哪打响 ， 这让宋江部队久攻不下 。
可见 ， “光控”能够完美地实现安全、有效、远程、无痕 。我国科学家将这个“战术”巧妙地融合进基因重组系统中 ， 不仅实现了对基因重组的有效控制 ， 还解决了此前困扰学界很久的生物学毒性、组织器官特异性、组织穿透性差等问题 。
7月24日 ， 《自然·通讯》报道了我国学者华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰团队开发的这一全新生物学系统——远红光调控的分割型Cre-loxP重组酶系统 。通过合成生物学的设计 ， 融入了光控系统的重组酶 ， 能够像祝家庄部队一样在LED远红光照到的地方才能启动“战斗” 。
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基因功能研究利器却自带“痛点”
从包括人类基因组计划在内的各物种基因组计划以来 ， 人类虽然读出了传递“生命密码”的基因组序列 ， 但并不清楚每个基因是做什么用 。
为了破译基因的功能 ， 人们通过让该基因失活 ， 看生物体内发生的变化 ， 或者直接把这个基因敲入到模型动物（试验鼠最常用）中 ， 看试验鼠发生的变化 ， 进而研究一个基因在生命活动中的具体功能 。
Cre-loxP重组酶系统能够对基因实现定向改造 ， 因为Cre重组酶只认识叫做loxP的位点 ， 所以能帮科学家做很多研究 。
系统虽然好用 ， 但是问题来了 ， Cre重组酶是1981年从P1噬菌体中发现的 ， 它本不是哺乳动物与生俱来的 。“持续稳定的表达Cre重组酶会导致早期胚胎致死问题 ， 不利于后续基因功能的研究 。”论文通讯作者、华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰对科技日报解释 ， 另一方面 ， 长期表达Cre重组酶也会对细胞造成一定的毒性 ， 导致染色体的重排和细胞生理功能的紊乱 。
也就是说 ， 如果小鼠在全生命周期都表达这个外来的Cre重组酶 ， 要么“短命” ， 要么“生病” 。那留给科学家的研究空间非常有限 ， 研究效果也可能不理想 。
“近年来 ， 科学家将合成生物学理念融入Cre-loxP重组酶系统中 ， 开发出了一系列调控式新系统 ， 但是这些诱导系统仍然具有一定程度的毒性 ， 且组织穿透性差 ， 这些都极大地限制了Cre-loxP重组酶系统在动物体内的应用 。”叶海峰说 ， 比如化学分子诱导的方法、紫光/蓝光诱导的方法等 ， 都在应用中产生了新的“痛点” 。
前挂“智能线路” ， 满足定制要求
在此次发表的论文中显示 ， 研究团队利用该课题组前期开发的远红光调控的哺乳动物细胞转基因表达控制系统 ， 将4个主要元件拼接组装 ， 完成了远红光到重组酶“开关”的信号通路建设 。
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元件包括感光“活起来”的光敏蛋白、担任“信使”的生物小分子、执行“号令”的信号蛋白、被遥控的Cre重组酶基因 。“开”或者“关”的信号 ， 经过顺畅的传导进而能够控制Cre重组酶的产生或消失 。
“经过这样的改造 ， 基因重组不仅可以在时间上受控（比如在小鼠的老年阶段表达研究老年痴呆相关基因的功能） ， 还可以在空间上受控（比如为了研究心衰的问题 ， 只让某基因在心脏部位失活） 。”叶海峰说 ， 生命科学研究中 ， 经常会需要的这样的“定制性”要求 ， 就可以实现了 。
“再比如 ， 有些基因的全身性缺失是致死性的 ， 那就不能持续研究 ， 现在如果用光来控制基因的定点缺失 ， 就可以研究这类关键基因的功能 。”叶海峰说 ， 由于远红光穿透性好 ， 心脏角落里也是可以照到的 ， 也能够工作 。
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