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:中国科学家造出生命“光开关”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

中国科学家造出生命“光开关”

来源:科技日报2021-10-11 10:47

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  光遗传学连续几年被认为是诺贝尔奖大热门,今年的生理学或医学奖揭晓之前一直位列预测榜第一名。

  用一束光控制生命活动,不仅炫酷而且魔幻,毕竟上帝创世第一天便说:要有光。

  如果光照后肿瘤就能消失,如果光“指哪儿”药物就“打哪儿”,如果有了光神经活动就被激发……这样的魔幻随着合成生物学的精进,正在成为现实。

  在体内提前“埋进”一个感光开关:660纳米(红光),打开;730纳米(远红光),关闭。10月4日,国际顶刊《自然·生物技术》刊登了我国科学家在光遗传学领域的研究成果,介绍这种全新的生命“光开关”的创造和验证过程。

  “在植物拟南芥中有一种光敏蛋白,不同纳米的波长可以让它与自己的‘伴侣’拥抱或远离。”该论文通讯作者,华东师范大学生命学院、上海市调控生物学重点实验室研究员叶海峰告诉科技日报记者,光能够改变这种蛋白的三维结构,因此可以利用它来设计感光“开关”,这种新型生命“光开关”被命名为REDMAP(“红图”)。

  开关无延时,细胞秒反应

  和疫苗、药物必须安全有效一样,生命“光开关”首先要无毒,其次要反应快。

  在这一新型生命“光开关”诞生之前,有很多光遗传学系统。

  “传统的光遗传学是利用光对光敏离子通道的控制,使得阳离子或者阴离子泵入细胞中,激活或者抑制神经元细胞。”叶海峰说,但由于此类光控离子通道蛋白工作原理的局限性,很难用于开发设计光控基因“开关”,来控制基因表达或编辑。

  为了设计出“光开关”,人们开始在自然界寻找对光敏感的蛋白,例如海藻的光敏蛋白、人眼视网膜的光敏蛋白、红细菌的光敏蛋白、拟南芥的光敏蛋白等。

  犹如电子计算机“从晶体管走进芯片时代”,生命元器件也在向小型化、高运算速度的方向发展。

  “只有系统元件足够小,才能被载体包装,从而广泛地应用于基因治疗和基础医学研究中。”叶海峰说,元件的前期设计就应该考虑到后期应用。

  为此,团队对拟南芥中的感光基因进行了不影响功能的截短,同时对整个系统的性能进行了优化。

  “我们筛选了很多版本,使用10余种基因调控的加强方法组合测试,优化了各种元件,做了上百个分子克隆进行优化。”叶海峰回忆,最终获得的最优组合,对光的敏感性提升高达150多倍。

  正是基于严苛的筛选和繁琐的优化,植入“红图”系统的细胞,能够做到“秒回应”。验证实验显示,只需红光照射不到1秒钟,就能“叫醒”基因开启表达。

  光照1分钟,小鼠降血糖

  通过设计和优化,“红图”系统实现了生命“光开关”需要具备的小巧和灵敏。

  那么,在生命体内是不是也能发挥作用呢?

  “很多外来的系统进入体内会失效或者被识别后消灭,但‘红图’系统不会。”叶海峰说,通过载体带入的整个“红图”系统至少能在体内工作3个月。

  研究团队将该系统包装至腺相关病毒(AAV2/8)载体上并注射至小鼠体内,成功地在小鼠体内实现了长达3个月以上的光控基因表达。

  为了验证该系统的临床价值,研究人员以胰岛素治疗为任务,验证“光开关”的作用。体内胰岛素如果过多或过少,对于糖尿病人来说都存在风险,控制胰岛素的体内分泌量是糖尿病治疗的痛点。

  团队将含有该系统的工程化定制细胞移植到糖尿病小鼠和大鼠体内,通过光来精准的控制胰岛素药物的表达。实验结果显示,无需定时服用药物或注射胰岛素,每天仅需光照1分钟或5分钟便可实现糖尿病小鼠和大鼠体内胰岛素的表达,从而精准控制实验动物的血糖稳态。实验验证了“红图”系统可对细胞治疗进行精准调控。

  此外,论文中还介绍了大量系统验证工作,包括应用于光控基因表达的控制、细胞信号通路控制、基因编辑、基因治疗、细胞治疗等不同新兴医疗手段,实现精准、灵敏、多元的调控。

  据了解,相关工作获得了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、国家自然科学基金、上海市科委合成生物学重大项目的资助。

  张佳星

[ 责编:涂子怡 ]
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

  • “核心价值观百场讲坛”走进江苏南京

  • 舰耀香江:人民海军舰艇赴港影像志

独家策划

推荐阅读
在6月27日举行的首届西部商业航天大会现场,陕西西安高新区管委会主任陈辉端着一台银灰色的火箭发动机模型走向发布台。“我们要实现星箭总体环节的突破,大力引进培育卫星总体、火箭总体企业,支持卫星智能制造工厂和商业火箭总装线建设。
2026-06-30 10:01
近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
2026-06-30 10:01
国家能源局29日发布数据显示,今年1至5月,全国累计完成电力市场交易电量30573亿千瓦时,同比增长24.8%。1至5月,从交易范围看,省内交易电量24361亿千瓦时,同比增长28.5%;跨省跨区交易电量6212亿千瓦时,同比增长12.2%。
2026-06-30 10:01
教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。在资源配置方面,需要强化规划衔接、政策协同,推动教育、科技、产业等多部门资源在人才培养这一共同目标下统筹配置。
2026-06-30 10:00
今年入夏以来,雷电、暴雨、大风等强对流天气轮番登场,其瞬间释放的破坏力令人心生畏惧。若身处人流密集区域,同行人不牵手,应立即进入安装有防雷装置的建筑物、金属车身的汽车等安全区域。
2026-06-30 10:00
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
当地时间24日,世界气象组织在日内瓦为中国工程院院士、中国气象局卫星气象专家许健民颁发第七十届国际气象组织奖,表彰他为天气预报、卫星气象事业以及气象业务服务作出的卓越贡献。
2026-06-26 09:28
来自英国伦敦国王学院与加拿大麦克马斯特大学衍生公司Block Biosciences等机构的科学家,正在研制一类靶向IMPDH2酶的候选药物。团队已设计并合成了数百种靶向IMPDH2的候选药物,正从中层层筛选最优化合物,力争尽快推向临床开发。
2026-06-26 09:26
6月25日,以“弘扬伟大抗疫精神 走好疾控新长征路”为主题的2026年“我和我的疾控故事”宣讲会在中国疾病预防控制中心举办。中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心综合防治与政策室主任单多的故事,要从一双生了冻疮的手讲起。
2026-06-26 09:23
届链博会期间,贸促智库交流活动暨全球供应链报告与指数发布会在京举办。2018—2025年,促进指数、连接指数、创新指数、韧性指数均呈上行态势,表明全球供应链继续朝着更具韧性、更有效率、更富活力的方向发展。
2026-06-26 09:20
需要看到,保护耕地是推进乡村全面振兴、建设宜居宜业和美乡村的重要组成部分,广大农民是保护耕地的重要行动主体。
2026-06-26 09:19
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
加载更多