点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:光敏蛋白施援手,科学家可定时定点重组基因
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

光敏蛋白施援手,科学家可定时定点重组基因

来源:科技日报2020-08-04 09:24

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  在《水浒传》中,宋江在祝家庄用一盏高悬的红灯笼指挥人马,取得了胜利。华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰团队近日以通讯作者身份在《自然·通讯》杂志发表论文称,他们开发了一种用远红光调控的分割型Cre-loxP重组酶系统。这种融入了光控系统的重组酶,能够像祝家庄部队一样在LED远红光照到的地方启动“战斗”,不仅实现了对基因重组的有效控制,还解决了此前困扰学界很久的生物学毒性、组织器官特异性、组织穿透性差等问题。

  基因功能研究利器却自带“痛点”

  自人类基因组计划实施以来,人类虽然读出了传递“生命密码”的基因组序列,但并不清楚每个基因的功用。

  为了破译基因的功能,人们通过让该基因失活,看生物体内发生的变化,或者直接把这个基因敲入到模型动物中,看试验动物发生的变化,进而研究一个基因在生命活动中的具体功能。

  在Cre-loxP重组酶中,loxP序列有34个碱基对,由两端回文的各13个碱基对和中间8个非对称碱基对组成。而Cre重组酶能够对loxP序列进行特异性识别,因此Cre-loxP重组酶被誉为基因编辑神器,可以对特异位点的基因进行包括敲除、插入、翻转和易位等定向改造。

  Cre-loxP重组酶系统虽然好用,但是问题来了。Cre重组酶是1981年从P1噬菌体中发现的,它本不是哺乳动物与生俱来的。loxP序列也来源于P1噬菌体。“持续稳定地表达Cre重组酶会导致早期胚胎致死问题,不利于后续基因功能的研究。”叶海峰对科技日报记者解释,另一方面,长期表达Cre重组酶也会对细胞造成一定的毒性,导致染色体的重排和细胞生理功能的紊乱。

  也就是说,如果小鼠在全生命周期都表达这个外来的Cre重组酶,要么“短命”,要么“生病”。科学家用动物模型研究某个基因的功能时,空间非常有限,效果也可能不理想,在应用中产生了“痛点”。

  “智能线路”满足基因改造定制要求

  在此次发表的论文中,研究团队利用该课题组前期开发的远红光调控的哺乳动物细胞转基因表达控制系统,将4个主要元件拼接组装,完成了远红光到重组酶“开关”的信号通路建设。

  “经过这样的改造,基因重组不仅可以在时间上受控,还可以在空间上受控,从而实现生命科学研究中的‘定制’需求。”叶海峰说,“比如,有些基因的全身性敲除是致命性的,那就不能持续研究,现在如果用光来控制基因的定点敲除,就可以研究这类关键基因的功能。”

  加了“智能线路”的系统设计完成后,叶海峰团队用“3步走”的实验严谨地对整个程序进行了测试。叶海峰说,对人胚胎肾细胞的测试最开始不理想,但通过优化启动子、质粒量等参数,最终获得了最优解。

  随后,研究团队分别在哺乳动物细胞中、小鼠体内进行测试后显示,重组系统在远红光照射下有较高的重组效率。小鼠活体成像和肝脏成像显示,与黑暗组小鼠相比,光照组小鼠荧光蛋白表达量更高。

  一个来自微生物的蛋白堪当大任

  祝家庄的红灯笼大战,靠的是人眼对红光的识别。而在生命科学的光控体系中,让生命活动与光“攀上关系”的是一种名为BphS的光敏蛋白。

  人类一直希望从体外精准控制基因表达,早期希望通过化学小分子达成,形象地表述就是“用点药”“加点料”。

  “我觉得小分子控制可能意义不大,因为化学分子一加进去就失去局部控制效果。”叶海峰认为,用光来控制基因的表达则不同,能够实现指哪打哪。

  说到光,最先想到人眼睛的视网膜中的蛋白,因为人眼对光有感应。因此,叶海峰最先研究的是人视网膜中的光敏蛋白,但这种蛋白天生对特定频率的光敏感,而这些频率的光透皮效果差。

  “为了找到好用的光敏蛋白,我们从文献中‘大海捞针’,从一些文献报道中发现微生物、植物里的远红光响应蛋白,可用光的范围更加广泛。”叶海峰说,后来有学者从微生物里鉴定找到了BphS,就是我们现在用的光敏蛋白。

  “我们根据蛋白的一些功能特性,将光敏蛋白从红细菌中转移到哺乳动物体系,让其仍旧能够工作。”叶海峰说,他们设计了很多策略,通过合成生物学理论组装拼接各种部件,组装成功能不同的基因回路。

  叶海峰表示,未来,“光控”基因调控系统可能会更加复杂。比如用蓝光、红光、紫光传递不同信号,进而实现多色光的控制,同时通过加入逻辑运算,控制更加复杂的细胞行为。(张佳星)

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 彭丽媛会见德国伯乐中文合唱团师生代表

  • 明前茶飘香

独家策划

推荐阅读
见证大国底气从“核”来
2024-03-29 14:15
人工智能可以取代人力勾绘农作物地块,快速完成耕地识别,工作效率相比人工作业提升数十倍。在他看来,我国在星上智能处理和地面遥感AI大模型技术上同步发力,推进人工智能遥感技术发展,太空中的卫星将变得越来越“聪明”。
2024-03-29 09:36
3月27日发表于《自然》的一项分析预测,融化的冰盖正在减缓地球的自转速度,以至于下一个闰秒将被推迟3年。论文作者之一、美国斯克里普斯海洋研究所地球物理学家Duncan Agnew说:“融冰足以使海平面上升,以至于我们可以看到地球自转速度受到了影响。
2024-03-29 09:33
3月28日,小米汽车的价格“谜底”揭开,小米SU7提供九种颜色可供选择,售价21.59万起
2024-03-29 17:17
胡新立表示,研究团队将进一步探讨生理性乳酸水平变化对机体代谢的意义,以及恶病质中骨骼肌萎缩与乳酸的直接关系。
2024-03-29 09:31
近日,日本小林制药保健品事件持续发酵。小林制药此前表示,该公司的红曲原料中可能含有导致消费者出现肾功能不良状态的非预期成分。小林制药出产的红曲原料除用于自家生产保健品外,还出售给其他公司,用于酿酒及食品制造等。
2024-03-29 09:22
朱雀三号可重复使用垂直起降回收验证火箭在酒泉卫星发射中心圆满完成试验任务。2023年12月,蓝箭航天朱雀二号遥三液氧甲烷运载火箭在酒泉发射中心圆满完成发射任务,将三颗商业卫星顺利送入预定轨道。
2024-03-29 09:30
记者28日从南京大学获悉,由该校物理学院杜灵杰教授领衔的国际团队利用极端条件下的偏振光散射技术,在砷化镓量子阱中对分数量子霍尔效应的集体激发进行了测量,在世界上首次观察到引力子激发,即引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。
2024-03-29 08:38
世界卫生组织27日发布新闻公报说,已启用“冠状病毒网络”(CoViNet),以促进和协调全球的专业知识和能力,及早准确地检测、监测和评估新冠病毒、中东呼吸综合征冠状病毒和其他可能新出现的冠状病毒。
2024-03-29 08:38
万兆元年,谁来领航?是更智慧AI,是更领先的Advance,是刷新极限的速度,还是升级多维的体验?中国移动5G-A商用发布会,重新定义数智新时代,邀您共同见证!3月28日15:00-16:00
2024-03-28 12:36
作为中国大科学装置之一,高能同步辐射光源是由中国科学院、北京市共建的怀柔科学城大科学装置集群的核心装置。
2024-03-28 09:54
2022年8月15日,国际天文学联合会小天体命名工作组发布公告,将国际永久编号为192353号的小行星命名为“王大中星”。围绕大学的根本任务是育才造士这一核心要义,王大中归纳并紧抓建设一流大学的三大要素:大师、大楼和大学精神。
2024-03-28 09:34
坎潘特强调,最新观测表明,精确的星震学技术可用于探测表面温度低至4200℃(比太阳表面低约1000℃)的矮星,为天体物理观测开辟了一个新领域。这一最新结果表明,星震学技术有望详细表征这些恒星及其宜居行星的细节,而精确确定附近冷矮星的年龄对于阐释系外行星上发现的生物特征可能至关重要。
2024-03-28 09:33
记者从自然资源部3月27日召开的例行新闻发布会上获悉:今年是极地考察40周年,自然资源部将开展一系列活动纪念这一重要时间节点。7月北极黄河站建站20周年时,在黄河站举办招待会、研讨会等相关活动,中国第四十一次南极考察期间将在长城站、中山站举行招待会、研讨会等相关活动,“雪龙”号、“雪龙2”号船停靠外港时举行公众开放日活动。
2024-03-28 09:32
联合国教科文组织执行局27日批准18处地质公园列入世界地质公园网络名录,其中包括中国的6个地质公园,分别是长白山世界地质公园、恩施大峡谷-腾龙洞世界地质公园、临夏世界地质公园、龙岩世界地质公园、武功山世界地质公园、兴义世界地质公园。
2024-03-28 09:31
据介绍,除了服务于中国探月工程四期,后续鹊桥二号中继星还可为国内外月球探测提供中继通信支持。
2024-03-28 09:25
涂白防虫、修剪树枝、引水灌溉……每当春天到来,在祖国西北边陲新疆托里县老风口,生态造林工作就紧锣密鼓地开始了。
2024-03-27 10:22
今年我国纪念“世界水日”“中国水周”的活动主题为“精打细算用好水资源,从严从细管好水资源”。
2024-03-27 10:21
在齐齐哈尔市甘南县宝山乡巨宏村,村民苑忠国正在准备春耕,多年来通过参与县里的培训,春耕物资的采购对他来说已是轻车熟路。
2024-03-27 10:20
在开展调查监测,评估新污染物环境风险状况方面,《行动方案》提出建立化学物质环境信息调查制度、建立新污染物环境调查监测制度、建立化学物质环境风险评估制度、动态发布重点管控新污染物清单等具体措施。
2024-03-27 10:18
加载更多