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科学家研发新工具:能用心血管药物开关基因,测试生物计算机

科学家研发新工具:能用心血管药物开关基因,测试生物计算机
2020年08月08日 13:43 新浪网 作者 澎湃新闻

  澎湃新闻记者 吕新文

  老药新用?中国科学家研发出合成生物学的新工具——FAR switch,将预防血栓形成、用于心血管疾病治疗的上市药物阿魏酸钠,用作“开关”,用于控制基因表达的开始或关闭。

  研究人员认为,这一合成生物学新工具,为细胞治疗等精准医学的动态干预提供了新策略,有望加速智能基因/细胞药物向临床应用的转化。

图1 FAROFF switch的原理图和基因表达动力学表征。

  研究人员还测试了前述工具在基因编辑、细胞治疗、生物计算机逻辑运算等三方面的应用可能。

  澎湃新闻从华东师范大学获悉,8月8日,相关论文在国际学术期刊《科学—进展》(Science Advances)上在线发表。

  论文显示,根据不同的设计,研究人员可以将FAR switch设置成“当环境中不存在阿魏酸钠时,下游报告基因表达关闭;而当阿魏酸钠存在时,则引发下游报告基因表达”,或者反之。

  研究人员通过微胶囊,将包含前述工具的细胞株移植至小鼠体内。这时,当给小鼠注射或口服阿魏酸钠,均能在小鼠血清中检测到报告基因的表达,持续时间可以持续15天。

  研究人员还测试了前述工具的另外两种应用:利用阿魏酸钠调控CRISPR-Cas9/dCas9系统;利用阿魏酸钠和苯甲酸联合控制,进行多种高阶逻辑运算,组装生物计算机。

图2 FARON switch的原理图和动力学表征

  CRISPR-Cas9/dCas9系统被称为“基因魔剪”,已被广泛应用于表观遗传修饰和定点基因编辑。但持续性表达的Cas9蛋白可能存在脱靶的风险,带来不可预估的副作用。来自华东师范大学的研究人员在FARON switch的基础上,进行设计、改造,构建了阿魏酸钠调控的表观遗传修饰系统和基因编辑系统,用阿魏酸钠调控前述过程。

  此外,通过在单细胞内装载可编程的基因调控网络,可以实现在阿魏酸钠和苯甲酸双输入的情况下,执行多种高阶逻辑运算,组装生物计算机,有望实现复杂的人机交互。

  该研究论文通讯作者是华东师范大学生命科学学院、上海市调控生物学重点实验室、华东师范大学医学合成生物学研究中心研究员叶海峰。华东师范大学生命科学学院博士后王义丹和2017届硕士毕业生廖舒勇为该论文的共同第一作者。该研究受到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、国家自然科学基金、上海市科委合成生物学重大项目的资助。

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