據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月3日報道,，美國杜克大學(xué)研究人員模仿人體細胞內(nèi)復(fù)雜的基因調(diào)控過程,，在實驗室造出一種人工系統(tǒng)，能再現(xiàn)多種蛋白質(zhì)是怎樣相互作用打開一個基因的,。這種新系統(tǒng)能幫助那些基礎(chǔ)研究人員,，作為他們檢查基因“打開”或“關(guān)閉”效果的一種工具，并為開發(fā)新的基因療法,、促進合成生物學(xué)速生研究等領(lǐng)域帶來利益,。相關(guān)論文在線發(fā)表于最近的《自然·方法學(xué)》雜志上。
人體細胞大約含有2萬個基因,，會產(chǎn)生大量的蛋白質(zhì),，很多基因也會影響到其他基因的活動。如能理解這些基因之間的相互作用,，就能從整體上提高生物醫(yī)學(xué)研究水平,。但在天然系統(tǒng)中，基因之間的相互作用極其復(fù)雜,。研究人員介紹說,，他們模仿這些作用，造出了一些較簡單的基因網(wǎng)絡(luò),，如能對其中每個組成部分實現(xiàn)精確控制,，就可以用它們來實驗生物傳感、生物計算,、再生療法,，甚至作為更復(fù)雜的天然系統(tǒng)的模型。
“人類基因不僅僅是打開或關(guān)閉那么簡單,，它們可以在大范圍里不同程度地被激活,。天然基因是由許多蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控的,，因此在同一生物系統(tǒng)內(nèi)也會產(chǎn)生不同的結(jié)果。”杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程副教授查爾斯·杰斯拜奇解釋說,，在他們設(shè)計的人工系統(tǒng)中,，用一種蛋白質(zhì)來控制基因的活性水平。“我們‘自上而下’地分析了天然的基因網(wǎng)絡(luò),，開發(fā)出一種‘自下而上’的方法,，能模擬多種蛋白質(zhì)是怎樣通過復(fù)雜的相互作用來調(diào)控一個基因的。這種方法與一般的遺傳學(xué)方法不同,，讓我們能打開細胞內(nèi)部的基因，深入到以往無法觸及的水平,。”
指導(dǎo)該實驗的高級研究員帕布羅·皮爾茲-佩內(nèi)拉說：“目前我們對天然基因調(diào)控的基本機制還知之甚少,，新系統(tǒng)可以作為一種強有力的探測工具，進一步推動合成生物學(xué)發(fā)展,，提高對哺乳動物的生物編程能力,。”
“所有的生物系統(tǒng)都依賴基因調(diào)控，生物工程人員要面對的挑戰(zhàn)就是怎樣在人工合成過程中再現(xiàn)這一自然過程,。”杰斯拜奇說,。對于合成生物學(xué)來說，新研究還可作為一種合成蛋白質(zhì)的新技術(shù),，比如一種叫做轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)子（TALEs）的人造酶,，幾乎能跟任何基因序列“綁”在一起。這些TALEs很容易生產(chǎn),，人們可以造出大量的TALEs來控制特殊基因,。（常麗君）
杜克大學(xué)的生物工程師在實驗室中構(gòu)建出了一種系統(tǒng)，模擬出復(fù)雜的相互作用,，導(dǎo)致細胞中的人類基因被開啟,。他們認為這一成果將使基因治療研究以及合成生物學(xué)新興領(lǐng)域受益。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《自然方法》（Nature Methods）雜志上,。
這一新方法應(yīng)該可以幫助基礎(chǔ)研究科學(xué)家揭示多種不同基因“開啟”或“關(guān)閉”的效應(yīng),，并幫助臨床醫(yī)生開發(fā)出針對人類疾病的新基因治療。
杜克大學(xué)Pratt工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)助理教授,、基因組科學(xué)和政策研究所成員Charles Gersbach說：“我們知道人類基因不僅是開啟或關(guān)閉,，也可以在廣泛水平上被激活。然而,，我們也知道自然情況下人類基因受到很多蛋白間相互作用的調(diào)控,，這些蛋白在生命系統(tǒng)中可導(dǎo)致多種效應(yīng)。”
“相比于標(biāo)準(zhǔn)的遺傳研究,，以一種自下而上的方式來解析天然基因網(wǎng)絡(luò),，我們開發(fā)了一種自下而上的方法,，這使得我們能夠人為地模擬調(diào)控單個基因的大量蛋白之間，這些自然的復(fù)雜的相互作用,。此外,，這種方法使得我們能夠?qū)⒓毎幕蜷_啟至從前不可能的水平，”Gersbach說,。
人類細胞有大約2萬種基因負責(zé)生成大量的蛋白,，其中許多蛋白可以影響其他基因的作用。能夠了解這些相互作用,，將大大提高科學(xué)家們在生物醫(yī)學(xué)研究各個領(lǐng)域的能力,。然而，由于這一自然系統(tǒng)的復(fù)雜性,，合成生物學(xué)家們只能構(gòu)建出簡單的基因網(wǎng)絡(luò)對每個組件進行精確控制,。科學(xué)家們能夠?qū)⑦@些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于生物傳感,、生物計算,，或再生醫(yī)學(xué)，也能利用它們作為模型研究更復(fù)雜的自然系統(tǒng),。
Perez-Pinera說：“這一新系統(tǒng)是探索當(dāng)前知之甚少的自然基因調(diào)控機制的一種有效的新方法,。以這種方式，我們可以進一步提高合成生物學(xué)及在哺乳動物系統(tǒng)中進行生物學(xué)編程的能力,。”
最新的研究發(fā)現(xiàn)是利用一種構(gòu)建合成蛋白——轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)因子（transcription activator-like effectors ,，TALEs）的新技術(shù)獲得。TALEs是一種可通過設(shè)計,，與幾乎所有基因序列相結(jié)合的人工酶,。由于這些TALEs制造容易，研究人員能夠生成許多的TALEs來控制特異的基因,。
Gersbach說：“所有的生物系統(tǒng)都依賴基因調(diào)控,。試圖合成再現(xiàn)自然中發(fā)生的過程，是生物工程研究人員所面臨一項挑戰(zhàn),。”（生物谷Bioon.com）
