Nature子刊發布光誘導CRISPR新技術
日期：2015-02-11 08:51:36
杜克大學的研究人員設計出了一種方法，通過結合一種細菌的病毒防御系統及花對于陽光的反應，只需撥動光開關就可以在實驗室培養皿中以任何模式在任何的特異位點激活基因。
能夠利用光在特異的位點激活基因，研究人員可以更好地研究基因的功能，構建出復雜的生長組織系統，并有可能最終實現科幻小說般的治療技術。
這項由杜克大學生物醫學工程學助理教授Charles Gersbach領導的研究，發布在2月9日的《自然化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志上。
研究的主要作者、杜克大學博士生Lauren Polstein說：“這一技術使得科學家可以挑選出所有染色體上的任何基因，利用光線來開啟或關閉它，其有潛力改變遺傳工程能夠做到的事情。利用光線來做這件事情的優點在于，通過改變光強度我們可以快速、輕易地控制開啟或關閉基因的時間以及基因激活的水平。我們還可以通過以特異的方式進行光照來靶向基因開啟的位點，例如讓光線通過模板。”
這一新技術利用了一種叫做CRISPR/Cas9的新興遺傳工程系統來靶向特異基因。CRISPR/Cas9被發現是細菌用來鑒別病毒入侵物以及切割病毒DNA的一種系統，研究人員借用了它來精確地靶向特異的遺傳序列。
杜克大學的科學家隨后轉向了這一進化樹的另一分支：使得這一系統能夠被光線激活。
在許多植物中，有兩種蛋白會在存在光線的情況下鎖定在一起，使得植物能夠感知日照時間決定諸如開花等生物學功能。通過讓CRISPR/Cas9系統連接其中的一種蛋白，并將基因激活蛋白與另一個蛋白連接，只需向細胞照射藍光，研究小組就可以開啟或關閉幾個不同的基因。
Gersbach說：“這些光敏互作蛋白獨立存在于植物中。我們要做的就是讓CRISPR和激活子與它們其中的一個相連接。這建立在我們和其他人開發的相似系統之上，現在我們利用了CRISPR來靶向特異的基因。相比于其他的技術它更容易、快速且廉價。”
Gersbach預計這一新型的光激活基因調控系統將具有廣泛的潛在應用。
研究人員可以從染色體DNA中基因的自然位置嚴格、精確地控制它的活性水平，這將使得研究人員能夠更準確地解讀基因的作用。這一光誘導系統還能夠更好地控制干細胞培養物如何分化為各種類型的組織。并且通過構建不同的基因表達模式，Gersbach希望這一系統能夠被用于組織工程中。
Gersbach說：“當前組織工程的一個局限之處在于：標準的方法可以生成一塊骨、軟骨或是肌肉，但卻并不是組織自然看起來的樣子。在組織中幾種細胞類型混合在一起，界面之間存在組織梯度，有血管和神經穿過它們。我們想在空間上控制細胞群中不同組織生成的位置，這種方法構建出的多組織結構有可能可以更好地代表正常的生理狀況。”
那時對于如何應用光誘導遺傳工程會有更多前瞻性的想法。
Gersbach 說：“有可能可以通過皮膚來照亮細胞，控制它們的功能，例如生長出血管或是再生出組織來。沿著這條路遠遠地走下去，你可以想象在電影《星際迷航》（Star Trek）中看到的裝置，你用閃光燈照照傷口，它就會愈合。顯然當前還不可能做到這一點，但這一能夠更好地控制生物系統的技術有可能推動我們朝著這一方向前進。”
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