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

  • 古蜀文物来京“出差”

  • 各地推动高质量发展观察

独家策划

推荐阅读
随着中国第42次南极考察队队员陈龙耀从东南极西福尔丘陵地区裸露的岩壁敲下第一块岩石样本,中山站度夏地质考察工作正式启动。
2026-01-21 09:08
这套“地震断层模拟试验装置”由中国工程院院士、中国地震局工程力学研究所名誉所长谢礼立领衔的团队历时4年攻关研制完成,已成功通过验收。
2026-01-21 09:02
长期以来,半导体面临一个难题:我们知道下一代材料的性能会更好,却往往不知道如何将它制造出来。这项材料工艺革新解决了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题,为后续的性能爆发奠定了关键基础。
2026-01-21 09:01
该团队通过对比研究嫦娥六号月球背面样品与嫦娥五号月球正面样品,发现嫦娥六号样品中的碳结构具有更明显的缺陷特征,这可能与月球背面经历的更强烈的微陨石撞击历史有关。
2026-01-21 09:00
近日,在国新办举行的新闻发布会上,海关总署相关负责人介绍,2025年中国高技术产品出口增长13.2%,工业机器人出口增长48.7%,并首次超过进口,我国成为工业机器人净出口国。
2026-01-21 08:56
2025年C919安全载客超过400万人次,而且今年又新开了广州往返南京的航线。
2026-01-20 07:00
工业和信息化部、国家发展改革委等五部门日前联合印发《关于开展零碳工厂建设工作的指导意见》。
2026-01-20 03:25
工业和信息化部日前印发最新修订的《优质中小企业梯度培育管理办法》,将科技型中小企业纳入优质中小企业梯度培育范围。办法自2026年4月1日起实施。
2026-01-20 03:20
近日,工业和信息化部印发最新修订的《优质中小企业梯度培育管理办法》,扩大了培育基础,首次将科技型中小企业纳入梯度培育范围。
2026-01-20 09:03
中国科学技术大学马骋教授针对全固态锂电池在循环时因需要维持良好界面接触而过于依赖外部压力、难以实际应用的问题,提出了一种低成本、较为适合商业化的解决方案。
2026-01-20 09:02
离子注入机是半导体制造关键设备,尤其是高能氢离子注入机研发难度大、技术壁垒高,我国长期依赖进口。
2026-01-20 09:02
对于行业的未来,赵同阳充满期待:“人形机器人行业未来也会出现几家顶级企业,我希望提起机器人,人们首先想到的是中国。
2026-01-20 08:57
当日9时34分,神舟二十号飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。经现场检查确认,飞船返回舱外观总体正常,舱内下行物品状态良好,神舟二十号飞船返回任务取得圆满成功。
2026-01-19 11:36
血脑屏障横亘于血液与大脑之间,严格调控物质通行,将绝大多数药物拒之门外,这成为脑神经疾病新药研发面临的主要瓶颈之一。许多在实验室中表现优异的候选药物因无法有效透过血脑屏障,在临床试验阶段止步不前。
2026-01-19 03:10
随着国民健康意识的普遍觉醒与消费结构的深刻升级,以全谷物、豆类、薯类等为代表的杂粮,正悄然经历一场角色与意义的深刻变革。
2026-01-19 03:10
新年伊始,江苏无锡凯龙高科技股份有限公司的实验室内,一只机器人灵巧手在一个两米多高的透明检测设备中流畅地完成抓取、捏合、旋转等一连串精细动作,相关数据实时传出。这款具身智能机器人灵巧手全操作力智能检测平台于去年年底一经启动,便获得多张订单。
2026-01-19 03:10
日前,江苏徐圩核能供热发电厂1号机组核岛开始混凝土浇筑,标志着全球首个核能与石化产业大规模耦合项目进入主体工程建设阶段。这是今年我国开工建设的首台核电机组。
2026-01-19 03:10
为破解这一谜题,利用“中国天眼”的超高灵敏度优势,研究团队对重复快速射电暴FRB 20220529开展了2年多的持续监测。
2026-01-19 09:10
目前,依托DrugCLIP,团队完成了覆盖约1万个蛋白靶点、2万个蛋白口袋的虚拟筛选项目,分析筛选超过5亿个类药小分子,富集出超过200万个潜在活性分子,构建了目前已知最大规模的蛋白—配体筛选数据库。
2026-01-19 09:08
从中国地质调查局获悉,由该局广州海洋地质调查局自主研发的国内首台海底地层空间立体钻探与原位监测机器人,日前在南海1264米水深海域成功完成试验作业,各项性能全面达标,标志着我国深海勘探与地层原位监测技术取得重要突破。
2026-01-16 03:45
加载更多