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Science發(fā)布細(xì)胞信號網(wǎng)絡(luò)重編程新技術(shù)

日期:2013-08-20 13:19:56

斯坦福大學(xué)的一位生物工程師幫助研發(fā)出了一項(xiàng)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作控制系統(tǒng)的新技術(shù),從而為未來開發(fā)出能夠關(guān)閉疾病狀態(tài)或是開啟健康程序的治療干預(yù)指明了道路。

 

這篇發(fā)表在815日《科學(xué)》(Science)雜志上的研究論文報告稱,資深作者、斯坦福大學(xué)生物工程學(xué)副教授Christina Smolke博士開發(fā)了一種稱之為分子網(wǎng)絡(luò)換向器molecular network diverter)的生物學(xué)新工具。

 

這一分子換向器利用了三個生物學(xué)子系統(tǒng)的協(xié)同作用,對信號通路即編排細(xì)胞機(jī)器的復(fù)雜分子互作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了重定向。

 

Smolke和她的合作者們:加州理工大學(xué)的Kate Galloway博士和加州大學(xué)河濱分校的Elisa Franco博士,針對酵母細(xì)胞完成了這些實(shí)驗(yàn)。

 

這一分子網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向器適用于研究控制細(xì)胞發(fā)育、增殖和死亡的信號網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)人類中的這些信號通路出錯時,這樣的功能失常可導(dǎo)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(xiàng)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(tǒng)中已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn),接下來就是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于人類細(xì)胞培養(yǎng)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(fā)異性反應(yīng)的無氣味物質(zhì)。

 

在一系列的實(shí)驗(yàn)中,Smolke和她的合作者們嘗試了各種技術(shù)在不考慮信息素活性的條件下,誘導(dǎo)或是抑制酵母交配行為。

 

起初,他們發(fā)現(xiàn)所應(yīng)用的各種技術(shù)作用相互抵消。但通過計算機(jī)建模以及微調(diào)化學(xué)成分,他們將三種技術(shù)整合為一項(xiàng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),構(gòu)建出了這一分子網(wǎng)絡(luò)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(guān)細(xì)胞化學(xué)環(huán)境信息的系統(tǒng)。

 

啟動子,幫助啟動和調(diào)節(jié)想得到的變化。

 

信號通路調(diào)控子,負(fù)責(zé)找到細(xì)胞信號通路中適當(dāng)?shù)奈稽c(diǎn)進(jìn)行干預(yù)。

 

Smolke說:“我們利用這些片段構(gòu)建出了這一控制系統(tǒng)。以一種模塊化方式將它們組合到這一分子網(wǎng)絡(luò)換向器中,這就是我們的新成果。”

 

通過采用化學(xué)方法以不同的方式調(diào)節(jié)這一分子網(wǎng)絡(luò),研究人員能夠在缺乏信息素的條件下誘導(dǎo)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(diào)控機(jī)制的細(xì)胞系處于中性狀態(tài)直至研究人員觸動這一信號開關(guān)。

 

Smolke 說:“我們已經(jīng)構(gòu)建出了這種工具,該工具本身是一種控制系統(tǒng),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(shè)計策略。”

 

波士頓大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程需教授James Collins博士(未參與該研究)認(rèn)為,這篇論文表明了一種構(gòu)建生物工程學(xué)工具的新系統(tǒng)方法。

 

Collins 說:“它表明我們無需從頭開始,可通過利用已經(jīng)獲得的組件來取得進(jìn)展。這項(xiàng)工作將工程學(xué)原理應(yīng)用到了細(xì)胞生物學(xué)中,是合成生物學(xué)的一個重要進(jìn)展。”

 

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