Science:基因工程邁入新紀元
日期:2015-09-01 08:51:59
萊斯大學的科學家們首次構建了一個由不同細胞組成的遺傳學回路,使其彼此協作共同控制特定蛋白的表達。這一突破性成果發表在八月二十八日的Science雜志上。
研究人員希望通過控制細菌之間的交流,改變整個生物學系統。他們建立了與計算機回路相當的生物學回路,該回路能夠做出群體水平上的應答。這一成果將有助于改造人類的腸道微生物組。
我們腸道里有許多不同種類的細菌,萊斯大學的合成生物學家Matthew Bennett說,“它們形成了一個很大的群落。基因工程菌進入腸道之后也會成為這個群落的一部分,彼此協作將能使其發揮更大的作用。”
為了驗證這一點,Bennett等人設計了兩種基因工程菌,通過調控細胞間信號傳導所必需的蛋白,促使這兩種細菌彼此協作。
改造細胞讓其生產特定蛋白,這種基因工程技術已經相當成熟了。“過去人們主要是在改造單細胞,”Bennett說。“現在我們正向多細胞系統進軍。我們想讓細胞協調自己的行為,表現出群體水平上的應答,就像我們體內的天然過程一樣。”
Bennett和同事在這方面獲得了成功。他們構建了兩種不同的大腸桿菌群體,并將其混合在一起結成聯盟。這兩種細菌承擔了不同的工作,一種作為激活者(目標基因表達上調),一種作為抑制者(目標基因表達下調)。它們能在群體中建立基因轉錄的振蕩,形成有規律的峰值和谷值。
研究顯示,細菌群落中形成了相互關聯的正、負反饋回路,控制目的蛋白的表達。當細菌分開培養的時候,蛋白表達的震蕩就會消失。
研究人員指出,這項工作可以幫助人們理解細胞之間的交流,對于疾病治療很有意義。“我們體內有很多不同類型的細胞,從皮膚細胞、肝細胞到胰腺細胞。這些細胞的行為彼此協調,以確保正常的身體機能,”Bennett指出。“它們往往通過小信號分子,來影響合作搭檔的行為。”
“我們將這一原則應用到單細胞生物中,成功建立了多細胞系統。”未來,人們也許會吃下這樣的生物學計算機,然后通過膳食對其進行編程。“舉例來說,可以用基因工程菌制作一種酸奶。患者吃下之后,醫生可以通過膳食分子啟動或關閉這些細菌,進而在腸道內做出改變,”Bennett說。
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