編輯細(xì)胞內(nèi)基因組的主要障礙之一是細(xì)胞本身。
加州大學(xué)圣巴巴拉分校的化學(xué)和生物化學(xué)教授諾伯特賴克解釋說(shuō)：“人類(lèi)細(xì)胞不喜歡吸收東西。他解釋說(shuō)，人類(lèi)細(xì)胞已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種“垃圾處理”機(jī)制，可以分離和分解外來(lái)蛋白質(zhì)和其他不需要的生物分子、病原體，甚至是受損的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于生物技術(shù)、生物制藥、基因組研究和治療領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)——比如使用《大劍師》的基因編輯器CRISPR-Cas9技術(shù)的人——結(jié)果只有他們有效繞過(guò)這種防御機(jī)制并準(zhǔn)確引入的能力那么好。蛋白質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物細(xì)胞。
賴克和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了這種方法。他們的技術(shù)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(shí)空控制，實(shí)際上讓他們可以準(zhǔn)確決定何時(shí)何地發(fā)布基因組編輯蛋白。
“我們實(shí)際上可以擊中單個(gè)細(xì)胞，”賴克說(shuō)?！拔覀兩踔量梢該糁屑?xì)胞的一部分，這樣我們就可以將蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞的一部分。但關(guān)鍵是我們可以控制切割DNA的蛋白質(zhì)何時(shí)何地釋放。
Reich的研究小組“光觸發(fā)基因組編輯：cre重組介導(dǎo)的近紅外光基因編輯”發(fā)表在《Small》雜志上。
最近，生物技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是利用基因編輯蛋白——“分子剪刀”，如本研究中的CRISPR、Cas和Cre，來(lái)發(fā)現(xiàn)、剪切和粘貼靶DNA序列的特定部分。最初，細(xì)菌和古細(xì)菌被用來(lái)識(shí)別攻擊病毒的DNA，并將其標(biāo)記為破壞的防御機(jī)制?？茖W(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出通過(guò)使用各種蛋白質(zhì)來(lái)識(shí)別、切割和組合不同長(zhǎng)度的堿基對(duì)序列的方法。這項(xiàng)技術(shù)的潛力是巨大的，從確定基因功能和識(shí)別的基礎(chǔ)研究到可以在細(xì)胞水平修復(fù)缺陷的治療方法。
帝國(guó)集團(tuán)光觸發(fā)基因組編輯的關(guān)鍵是涂有DNA報(bào)告鏈(發(fā)出紅色熒光)的中空金納米球和Cre重組酶與細(xì)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(shuō)，他解釋說(shuō)，當(dāng)靶細(xì)胞用細(xì)胞廢物處理時(shí)，Cre重組酶和肽融合作為靶向系統(tǒng)發(fā)揮作用。
一旦進(jìn)入細(xì)胞，納米殼就被包裹在一個(gè)內(nèi)部身體中——一個(gè)膜狀的口袋，將它隔離并通過(guò)細(xì)胞運(yùn)輸。
“但是納米外殼沒(méi)有做任何事情，因?yàn)樗鼈儽焕ё×?，”賴克說(shuō)。超快脈沖近紅外激光——對(duì)細(xì)胞無(wú)害，對(duì)組織穿透有效——然后瞄準(zhǔn)嵌入的納米殼及其蛋白質(zhì)涂層。
“近紅外波長(zhǎng)引起了一件非常有趣的事情，”賴克說(shuō)?！八鼤?huì)導(dǎo)致金納米殼變得興奮，它會(huì)導(dǎo)致我們附著的任何東西脫落?！迸c此同時(shí)，納米氣泡形成，在體內(nèi)形成開(kāi)口，讓蛋白質(zhì)內(nèi)容物逸出。這些蛋白質(zhì)現(xiàn)在可以自由存在于細(xì)胞核中，遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存在細(xì)胞核中，并進(jìn)入細(xì)胞穿透肽。Cre可以開(kāi)始尋找、切割和粘貼它的報(bào)道鏈。
該小組的體外實(shí)驗(yàn)證明是成功的：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)，細(xì)胞穿透了涂有蛋白質(zhì)的納米外殼，然后用紅光照射。
“我們沒(méi)有設(shè)計(jì)任何東西來(lái)使細(xì)胞表現(xiàn)不同，”賴克說(shuō)?！耙?yàn)橛辛诉@種熒光蛋白，我們制造的細(xì)胞會(huì)看起來(lái)不一樣?！?
這篇論文的主要作者、現(xiàn)為洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士后研究員迪安莫拉萊斯說(shuō)：“作為一種基礎(chǔ)研究工具，每個(gè)細(xì)胞都可以通過(guò)時(shí)空控制成為一個(gè)實(shí)驗(yàn)。假設(shè)你想研究某些函數(shù)。以及基因如何通過(guò)其鄰居改變細(xì)胞的行為。使用等離子納米粒子作為天線，我們可以打開(kāi)或關(guān)閉感興趣的基因，并實(shí)時(shí)觀察它們活動(dòng)的后果。
時(shí)空控制也讓使用它的人可以輕松研究DNA。研究人員承認(rèn)重寫(xiě)它有非常強(qiáng)大的代際效應(yīng)。
莫拉萊斯說(shuō)：“在某些情況下，比如體細(xì)胞突變，并不是身體的每個(gè)細(xì)胞都需要編輯?！薄翱刂凭庉嫏C(jī)器何時(shí)何地可以使用的能力使過(guò)程變得簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)的重要性在于，目前的基因編輯方法通常會(huì)導(dǎo)致編輯機(jī)器在目標(biāo)細(xì)胞中保持活躍，長(zhǎng)期后果未知。我們的方法通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)提供編輯機(jī)器來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題?！?
這個(gè)項(xiàng)目的研究也是由加州大學(xué)圣巴巴拉分校的艾琳摩根、梅根麥克亞當(dāng)斯和阿曼達(dá)b慢性進(jìn)行的。明尼蘇達(dá)大學(xué)的鄭恩信和約瑟夫扎薩津斯基。
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