哺乳动物细胞“变身”生物计算机

2017年03月29日08:39  来源:科技日报
 
原标题:哺乳动物细胞“变身”生物计算机

  《科学》杂志28日报道,波士顿大学合成生物学家威尔森·黄带领的团队提出一种方法,用基因工程方法编辑哺乳动物细胞DNA,从而进行复杂的计算,使这类细胞变成生物计算机。他们希望新的编程技术有助于癌症治疗、按需生长可以替换受损身体部位的组织等。

  科学家尝试将细胞编辑工程从细菌扩展到哺乳动物细胞,创建可帮助检测和治疗人类疾病的DNA电路。但是,很多这类努力失败了,原因是复杂电路若正常运行,需要单个基因组件的开关稳定工作,而基因打开或关闭的最常见方法,是让被称为转录因子的蛋白质与特定基因结合并调节其表达。问题是,这些转录因子都有细微的不稳定表现。

  黄的团队摒弃了转录因子,使用剪切型酶来切换人肾细胞基因的开关。为了设计DNA电路,黄的团队在常规细胞机器启动后,插入4个额外的DNA片段,其中两个被称作重组酶的片段,可在与特定药物结合时,激活并点亮能产生绿色荧光蛋白的细胞,从而成功稳定控制了DNA开关。

  在《自然·生物技术》发表的报告中,黄的团队报告称,可以通过在不同的目标线上添加更多重组酶,创建各种电路,用来执行不同的逻辑操作。目前,该团队已经建立了113个不同的电路,成功率高达96.5%。进一步的演示证明,他们设计的人类细胞生物学样本系,使电路可以不同的输入组合方式运行16种不同的逻辑。

  合成生物学家希望用这类新兴的细胞电路创造新的疗法。例如,可以设计具有免疫活性的T细胞,检测出癌细胞产生的生物标记物;或者尝试设计干细胞,在不同信号提示时,发展成特定的细胞类型,按需生成人类病患所需的身体组织,如产生胰岛素的β细胞或生成软骨的软骨细胞等。

  总编辑圈点

  合成生物学的基本理念是,生物是一台机器,遗传物质就是控制机器运转的程序,所有生物大分子都是可标准化的零件。虽然科学家已经能在基因组水平对DNA进行操作,设计病毒、再造器官似乎也并非难事,但功能层面上,仍限于重现细胞固有功能和轻度改造。然而,这一新兴学科注定“前程似锦”,最好未雨绸缪提前建好防范社会和伦理风险的“围墙”,毕竟,一切皆有可能。 (记者房琳琳)

(责编:贺迎春、熊旭)

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