生物開(kāi)關(guān)隨機(jī)可靠地轉(zhuǎn)換蛋白質(zhì)表達(dá)

左手組沒(méi)有基因編輯RNA或BOC。下一組有BOC但沒(méi)有RNA，第三組有RNA但沒(méi)有BOC。右手組有基因編輯機(jī)制和BOC。BOC激活開(kāi)關(guān)和非熒光小狗的結(jié)果。

巴斯大學(xué)和卡迪夫大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了一種生物開(kāi)關(guān)，可以自由可靠地切換蛋白質(zhì)的表達(dá)。這種開(kāi)關(guān)可以控制基因組編輯工具，有朝一日，這些工具可能會(huì)調(diào)節(jié)整個(gè)群體所需的基因變化級(jí)聯(lián)。

這種新的轉(zhuǎn)換方法適用于任何物種的任何蛋白質(zhì)，并使用廉價(jià)、無(wú)毒的氨基酸作為控制開(kāi)關(guān)——“開(kāi)”模式需要一種叫做BOC的氨基酸的存在。

與其他報(bào)道的開(kāi)關(guān)相比，這種方法不使用抗生素，消除了選擇細(xì)菌抗生素抗性的風(fēng)險(xiǎn)，并且沒(méi)有“泄漏”——即使在“關(guān)閉”模式下，蛋白質(zhì)也被表達(dá)，這是通過(guò)目前依賴(lài)于溫度或光的方法存在的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)是一種類(lèi)似賴(lài)氨酸的氨基酸，價(jià)格便宜，含量豐富，無(wú)毒，應(yīng)該是環(huán)保的。

巴斯和卡迪夫的研究團(tuán)隊(duì)成功證明了培養(yǎng)細(xì)胞和早期小鼠胚胎之間的轉(zhuǎn)化，沒(méi)有BOC，就沒(méi)有可檢測(cè)到的靶蛋白表達(dá)活性。

這種方法擴(kuò)展了稱(chēng)為遺傳密碼擴(kuò)展的原理。為了證明這一原理，研究團(tuán)隊(duì)使用帶有基因的轉(zhuǎn)基因小鼠，使其皮膚在紫外線(xiàn)下發(fā)出綠光。當(dāng)適合基因組編輯的遺傳密碼延伸試劑盒存在于來(lái)自小鼠的胚胎中時(shí)，它們的基因組DNA被有效編輯以去除熒光基因，但僅在存在BOC的情況下。沒(méi)有中行，就沒(méi)有編輯。這樣編輯的胚胎可以發(fā)育成沒(méi)有熒光的小鼠，但沒(méi)有BOC，就不會(huì)發(fā)生編輯，所以這些小鼠保持綠色。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。

這個(gè)開(kāi)關(guān)提供了通過(guò)添加BOC來(lái)控制大量生物過(guò)程的潛力。這些可能包括實(shí)驗(yàn)室試管、全動(dòng)物或兩者的研究和實(shí)際應(yīng)用。例如，它可以用來(lái)解決一些蛋白質(zhì)如何影響培養(yǎng)物或動(dòng)物細(xì)胞的老化。臨床上可以提供一種開(kāi)啟蛋白的手段，增強(qiáng)再生過(guò)程，為基因治療提供新的控制層。

一個(gè)令人興奮的潛在應(yīng)用是在基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)中使用開(kāi)關(guān)。基因驅(qū)動(dòng)可以利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)，確保有性繁殖物種的所有后代都遺傳特定的基因片段，克服有性生殖可能給他們的50%的遺傳機(jī)會(huì)。

基因驅(qū)動(dòng)所賦予的特性可以在群體中迅速傳播，無(wú)論它們是否有益——例如，利用基因驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在蚊子之間傳播基因，使雌性不育，并試圖瓦解瘧疾傳播的昆蟲(chóng)群體。

然而，在授權(quán)使用基因驅(qū)動(dòng)程序之前，必須應(yīng)對(duì)幾個(gè)挑戰(zhàn)。一旦激活，它們就很難或無(wú)法控制，并且可能在比預(yù)期更廣泛的領(lǐng)域工作，例如跨越國(guó)際邊界。它們可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的環(huán)境后果或產(chǎn)生阻力。通過(guò)使Cas9 BOC-可切換有望改善這些問(wèn)題來(lái)調(diào)整基因驅(qū)動(dòng)。

生物與生物化學(xué)系巴斯團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人托尼佩里教授說(shuō)：“我們的轉(zhuǎn)化是一種通過(guò)擴(kuò)展遺傳密碼來(lái)控制任何蛋白質(zhì)表達(dá)的方法。

“我們工作的不同之處在于它作為環(huán)保遠(yuǎn)程交換機(jī)的潛力，這是以前的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。例如，您可以想象通過(guò)根據(jù)需要在飼料中添加或去除BOC來(lái)控制畜群中基因驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)。

“基因編輯在生物科學(xué)領(lǐng)域有著巨大的潛力，從生物醫(yī)學(xué)到食品安全、昆蟲(chóng)、植物和動(dòng)物?！?

合著者、來(lái)自卡迪夫的蔡宇碩博士說(shuō)：“盡管BOC提供了一種有吸引力且有前途的控制編輯的手段，但我們現(xiàn)在正在努力解決剩余的挑戰(zhàn)，并消除系統(tǒng)中的皺紋?！?

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