Science發布細胞信號網絡重編程新技術
日期：2013-08-20 13:19:56
斯坦福大學的一位生物工程師幫助研發出了一項調節細胞內部運作控制系統的新技術，從而為未來開發出能夠關閉疾病狀態或是開啟健康程序的治療干預指明了道路。
這篇發表在8月15日《科學》（Science）雜志上的研究論文報告稱，資深作者、斯坦福大學生物工程學副教授Christina Smolke博士開發了一種稱之為分子網絡換向器（molecular network diverter）的生物學新工具。
這一分子換向器利用了三個生物學子系統的協同作用，對信號通路即編排細胞機器的復雜分子互作網絡進行了重定向。
Smolke和她的合作者們：加州理工大學的Kate Galloway博士和加州大學河濱分校的Elisa Franco博士，針對酵母細胞完成了這些實驗。
這一分子網絡轉向器適用于研究控制細胞發育、增殖和死亡的信號網絡。當人類中的這些信號通路出錯時，這樣的功能失常可導致許多癌癥類型及其他疾病。
Smolke 說：“盡管我們是在酵母中開展這項研究，但這些信號通路在高等生物中具有極大的保守性或相似性。既然我們在較簡單的系統中已經證實了這一點，接下來就是將這項技術應用于人類細胞培養物。”
研究小組最初的目的是要控制酵母的交配行為，這一自然活動受到信息素的影響。信息素是一種自然生成的、可觸發異性反應的無氣味物質。
在一系列的實驗中，Smolke和她的合作者們嘗試了各種技術在不考慮信息素活性的條件下，誘導或是抑制酵母交配行為。
起初，他們發現所應用的各種技術作用相互抵消。但通過計算機建模以及微調化學成分，他們將三種技術整合為一項統一標準技術，構建出了這一分子網絡換向器，其中包括的元件有：
傳感器，一個以RNA為基本組成的收集有關細胞化學環境信息的系統。
啟動子，幫助啟動和調節想得到的變化。
信號通路調控子，負責找到細胞信號通路中適當的位點進行干預。
Smolke說：“我們利用這些片段構建出了這一控制系統。以一種模塊化方式將它們組合到這一分子網絡換向器中，這就是我們的新成果。”
通過采用化學方法以不同的方式調節這一分子網絡，研究人員能夠在缺乏信息素的條件下誘導酵母交配，在有信息素的情況下抑制交配行為，操控包含這一信號調控機制的細胞系處于中性狀態直至研究人員觸動這一信號開關。
Smolke 說：“我們已經構建出了這種工具，該工具本身是一種控制系統，并為操作自身提供了一種方法。基于這一原理證明，我們還能夠想出其他普遍性的設計策略。”
波士頓大學的生物醫學工程需教授James Collins博士（未參與該研究）認為，這篇論文表明了一種構建生物工程學工具的新系統方法。
Collins 說：“它表明我們無需從頭開始，可通過利用已經獲得的組件來取得進展。這項工作將工程學原理應用到了細胞生物學中，是合成生物學的一個重要進展。”
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