編輯細胞內(nèi)基因組的主要障礙之一是細胞本身。
加州大學圣巴巴拉分校的化學和生物化學教授諾伯特賴克解釋說：“人類細胞不喜歡吸收東西。他解釋說，人類細胞已經(jīng)開發(fā)了一種“垃圾處理”機制，可以分離和分解外來蛋白質和其他不需要的生物分子、病原體，甚至是受損的細胞結構。因此，對于生物技術、生物制藥、基因組研究和治療領域的人來說——比如使用《大劍師》的基因編輯器CRISPR-Cas9技術的人——結果只有他們有效繞過這種防御機制并準確引入的能力那么好。蛋白質進入動物細胞。
賴克和他的團隊開發(fā)了這種方法。他們的技術估算效率是現(xiàn)有方法的100到1000倍，為用戶提供了基因組編輯傳輸?shù)耐暾麜r空控制，實際上讓他們可以準確決定何時何地發(fā)布基因組編輯蛋白。
“我們實際上可以擊中單個細胞，”賴克說?！拔覀兩踔量梢該糁屑毎囊徊糠?，這樣我們就可以將蛋白質釋放到細胞的一部分。但關鍵是我們可以控制切割DNA的蛋白質何時何地釋放。
Reich的研究小組“光觸發(fā)基因組編輯：cre重組介導的近紅外光基因編輯”發(fā)表在《Small》雜志上。
最近，生物技術領域取得突破性進展的一個關鍵點是利用基因編輯蛋白——“分子剪刀”，如本研究中的CRISPR、Cas和Cre，來發(fā)現(xiàn)、剪切和粘貼靶DNA序列的特定部分。最初，細菌和古細菌被用來識別攻擊病毒的DNA，并將其標記為破壞的防御機制。科學家們已經(jīng)開發(fā)出通過使用各種蛋白質來識別、切割和組合不同長度的堿基對序列的方法。這項技術的潛力是巨大的，從確定基因功能和識別的基礎研究到可以在細胞水平修復缺陷的治療方法。
帝國集團光觸發(fā)基因組編輯的關鍵是涂有DNA報告鏈(發(fā)出紅色熒光)的中空金納米球和Cre重組酶與細胞穿透肽的蛋白融合。和近紅外光。
“所以現(xiàn)在我們有了歸巢裝置和遞送劑，”Reich說，他解釋說，當靶細胞用細胞廢物處理時，Cre重組酶和肽融合作為靶向系統(tǒng)發(fā)揮作用。
一旦進入細胞，納米殼就被包裹在一個內(nèi)部身體中——一個膜狀的口袋，將它隔離并通過細胞運輸。
“但是納米外殼沒有做任何事情，因為它們被困住了，”賴克說。超快脈沖近紅外激光——對細胞無害，對組織穿透有效——然后瞄準嵌入的納米殼及其蛋白質涂層。
“近紅外波長引起了一件非常有趣的事情，”賴克說?！八鼤е陆鸺{米殼變得興奮，它會導致我們附著的任何東西脫落?！迸c此同時，納米氣泡形成，在體內(nèi)形成開口，讓蛋白質內(nèi)容物逸出。這些蛋白質現(xiàn)在可以自由存在于細胞核中，遺傳物質儲存在細胞核中，并進入細胞穿透肽。Cre可以開始尋找、切割和粘貼它的報道鏈。
該小組的體外實驗證明是成功的：經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)，細胞穿透了涂有蛋白質的納米外殼，然后用紅光照射。
“我們沒有設計任何東西來使細胞表現(xiàn)不同，”賴克說。“因為有了這種熒光蛋白，我們制造的細胞會看起來不一樣?！?
這篇論文的主要作者、現(xiàn)為洛斯阿拉莫斯國家實驗室博士后研究員迪安莫拉萊斯說：“作為一種基礎研究工具，每個細胞都可以通過時空控制成為一個實驗。假設你想研究某些函數(shù)。以及基因如何通過其鄰居改變細胞的行為。使用等離子納米粒子作為天線，我們可以打開或關閉感興趣的基因，并實時觀察它們活動的后果。
時空控制也讓使用它的人可以輕松研究DNA。研究人員承認重寫它有非常強大的代際效應。
莫拉萊斯說：“在某些情況下，比如體細胞突變，并不是身體的每個細胞都需要編輯?！薄翱刂凭庉嫏C器何時何地可以使用的能力使過程變得簡單。這一點的重要性在于，目前的基因編輯方法通常會導致編輯機器在目標細胞中保持活躍，長期后果未知。我們的方法通過在短時間內(nèi)提供編輯機器來避免這個問題。”
這個項目的研究也是由加州大學圣巴巴拉分校的艾琳摩根、梅根麥克亞當斯和阿曼達b慢性進行的。明尼蘇達大學的鄭恩信和約瑟夫扎薩津斯基。
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