生物開關(guān)隨機可靠地轉(zhuǎn)換蛋白質(zhì)表達

左手組沒有基因編輯RNA或BOC。下一組有BOC但沒有RNA，第三組有RNA但沒有BOC。右手組有基因編輯機制和BOC。BOC激活開關(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)明了一種生物開關(guān)，可以自由可靠地切換蛋白質(zhì)的表達。這種開關(guān)可以控制基因組編輯工具，有朝一日，這些工具可能會調(diào)節(jié)整個群體所需的基因變化級聯(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、無毒的氨基酸作為控制開關(guān)——“開”模式需要一種叫做BOC的氨基酸的存在。

與其他報道的開關(guān)相比，這種方法不使用抗生素，消除了選擇細菌抗生素抗性的風(fēng)險，并且沒有“泄漏”——即使在“關(guān)閉”模式下，蛋白質(zhì)也被表達，這是通過目前依賴于溫度或光的方法存在的問題。開關(guān)是一種類似賴氨酸的氨基酸，價格便宜，含量豐富，無毒，應(yīng)該是環(huán)保的。

巴斯和卡迪夫的研究團隊成功證明了培養(yǎng)細胞和早期小鼠胚胎之間的轉(zhuǎn)化，沒有BOC，就沒有可檢測到的靶蛋白表達活性。

這種方法擴展了稱為遺傳密碼擴展的原理。為了證明這一原理，研究團隊使用帶有基因的轉(zhuǎn)基因小鼠，使其皮膚在紫外線下發(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自小鼠的胚胎中時，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。沒有中行，就沒有編輯。這樣編輯的胚胎可以發(fā)育成沒有熒光的小鼠，但沒有BOC，就不會發(fā)生編輯，所以這些小鼠保持綠色。

這項研究發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。

這個開關(guān)提供了通過添加BOC來控制大量生物過程的潛力。這些可能包括實驗室試管、全動物或兩者的研究和實際應(yīng)用。例如，它可以用來解決一些蛋白質(zhì)如何影響培養(yǎng)物或動物細胞的老化。臨床上可以提供一種開啟蛋白的手段，增強再生過程，為基因治療提供新的控制層。

一個令人興奮的潛在應(yīng)用是在基因驅(qū)動技術(shù)中使用開關(guān)?；蝌?qū)動可以利用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%的遺傳機會。

基因驅(qū)動所賦予的特性可以在群體中迅速傳播，無論它們是否有益——例如，利用基因驅(qū)動進行實驗，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群體。

然而，在授權(quán)使用基因驅(qū)動程序之前，必須應(yīng)對幾個挑戰(zhàn)。一旦激活，它們就很難或無法控制，并且可能在比預(yù)期更廣泛的領(lǐng)域工作，例如跨越國際邊界。它們可能會產(chǎn)生意想不到的環(huán)境后果或產(chǎn)生阻力。通過使Cas9 BOC-可切換有望改善這些問題來調(diào)整基因驅(qū)動。

生物與生物化學(xué)系巴斯團隊的負責(zé)人托尼佩里教授說：“我們的轉(zhuǎn)化是一種通過擴展遺傳密碼來控制任何蛋白質(zhì)表達的方法。

“我們工作的不同之處在于它作為環(huán)保遠程交換機的潛力，這是以前的方法無法實現(xiàn)的。例如，您可以想象通過根據(jù)需要在飼料中添加或去除BOC來控制畜群中基因驅(qū)動的活動。

“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、植物和動物。”

合著者、來自卡迪夫的蔡宇碩博士說：“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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