新方法不僅為用戶提供了完整的時空控制 還可以輕松踐踏DNA

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(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：“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(zhì)和其他不需要的生物分子、病原體，甚至是受損的細胞結(jié)構(gòu)。因此，對于生物技術(shù)、生物制藥、基因組研究和治療領(lǐng)域的人來說——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這種防御機制并準(zhǔn)確引入的能力那么好。蛋白質(zhì)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(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空控制，實際上讓他們可以準(zhǔn)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。“我們甚至可以擊中細胞的一部分，這樣我們就可以將蛋白質(zhì)釋放到細胞的一部分。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)域取得突破性進展的一個關(guān)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(biāo)記為破壞的防御機制?？茖W(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出通過使用各種蛋白質(zhì)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(shù)的潛力是巨大的，從確定基因功能和識別的基礎(chǔ)研究到可以在細胞水平修復(fù)缺陷的治療方法。

帝國集團光觸發(fā)基因組編輯的關(guān)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(dāng)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(zhǔn)嵌入的納米殼及其蛋白質(zhì)涂層。

“近紅外波長引起了一件非常有趣的事情，”賴克說?！八鼤?dǎo)致金納米殼變得興奮，它會導(dǎo)致我們附著的任何東西脫落。”與此同時，納米氣泡形成，在體內(nèi)形成開口，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胞核中，遺傳物質(zhì)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(zhì)的納米外殼，然后用紅光照射。

“我們沒有設(shè)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(chǔ)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(shè)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(guān)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(rèn)重寫它有非常強大的代際效應(yīng)。

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(dǎo)致編輯機器在目標(biāo)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(xué)圣巴巴拉分校的艾琳摩根、梅根麥克亞當(dāng)斯和阿曼達b慢性進行的。明尼蘇達大學(xué)的鄭恩信和約瑟夫扎薩津斯基。

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