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

  • 周末冰雪乐

  • 宁夏银川:冬日西夏陵

独家策划

推荐阅读
12月26日,我国首个覆盖6种轮状病毒血清型的六价轮状病毒疫苗在湖北武汉完成首剂接种。
2025-12-29 10:23
美国哈佛—史密森尼天体物理中心天文学家利用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃空间望远镜,首次观测到围绕年轻恒星运行的迄今最大原行星盘——IRAS 23077+6707。
2025-12-29 10:10
2025年12月27日0时07分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号C星(03星),卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2025-12-29 10:07
中国科学院空天信息创新研究院研究员王振友团队联合四川省文物考古研究院等机构的科研人员,自主研制了显微时间门控拉曼光谱仪,并利用该仪器对三星堆出土的4块象牙碎片进行无损检测,揭示了象牙在长期地质作用下的老化过程。
2025-12-29 10:01
近期,工信部发布《场景化、图谱化推进重点行业数字化转型的参考指引(2025版)》,聚焦14个重点行业,绘制企业数字化转型“场景导航图。
2025-12-29 09:59
当日,石景山区AI for Science平台正式上线,该平台由枫清科技携手火山引擎联合打造,以AI驱动科研机构与企业的科研效率革新,降低科研门槛。
2025-12-27 20:21
记者25日从国防科技大学获悉,该校磁浮团队近日在磁悬浮试验中,成功在两秒内将吨级试验车加速至700公里/小时。测试速度打破了同类型平台全球纪录,成为全球最快的超导电动磁悬浮试验速度。
2025-12-26 10:08
12月24日,中国科学院重大科技基础设施“载人潜水器与海上作业母船”用户委员会2025年度会议披露:我国“深海勇士”号、“奋斗者”号、“蛟龙”号三大载人潜水器全年完成314次深潜,累计下潜总量达1746次,2026年将向2000次目标稳步迈进。
2025-12-26 10:05
日前,国家自然科学基金委员会在北京召开国家自然科学基金首批重大非共识项目遴选会议,标志着重大非共识项目正式启动试点。国家自然科学基金委员会将深入实施并持续优化重大非共识项目遴选机制,引导广大科研人员聚焦高水平原创性科研工作狠下功夫。
2025-12-26 09:59
其实,流感和普通感冒不是一回事,用药自然不能一概而论。流感一来往往会发高烧(体温39—40摄氏度),浑身肌肉酸痛、没力气,症状重;普通感冒多是鼻塞、流鼻涕、喉咙痛,发烧也多是低热,症状轻。
2025-12-26 09:58
一项近日发表于《科学》的研究指出,像ChatGPT 这样的人工智能(AI)工具正在大幅增加论文产量。此类文本数量的不断增加,使同行评议、资金决策和科研监督变得复杂,因为越来越难区分有意义的研究成果和低价值的内容。
2025-12-26 09:56
传统探查手段在如此深的地下几乎“失明”,无法精准捕捉地质特征。这项工程的成功实施,填补了我国超深埋输水隧洞注浆治理技术的空白,标志着我国在深埋地下工程地质探查与注浆治理领域达到国际领先水平。
2025-12-25 09:42
24日上午,随着最后一方混凝土浇筑完成,宁波舟山港六横公路大桥二期工程——青龙门特大桥双主塔成功封顶。青龙门特大桥位于浙江舟山,横跨青龙门水道,连接宁波梅山岛与舟山佛渡岛。
2025-12-25 09:45
24日,我国最大超深凝析气田——中国石油塔里木油田博孜—大北气田天然气年产量突破100亿立方米,生产凝析油91.89万吨。为攻克上述难题,塔里木油田持续攻关,推动气田开发实现从深层向超深层、从高压向超高压、从优质储层向复杂储层的三大跨越。
2025-12-25 09:44
前不久,“科学家预测恐龙复活有望实现”的话题冲上热搜,引起舆论关注。
2025-12-25 10:20
一项研究显示,科学家发现新物种的速度比以往任何时候都快——每年发现的新物种超过1.6万个,并且这一趋势没有放缓的迹象。除了医学,许多物种的适应特性还可以启发人类的发明创造,例如模仿壁虎垂直爬墙的“超强黏附”脚的材料。
2025-12-25 09:47
”这是中国科学院院士、北京航空航天大学研究生院原副院长高为炳生前在自述中留下的一句话。而在高为炳的学生看来,他之所以能在短时间内取得那么多成绩,根源就在于几十年的厚积薄发。
2025-12-25 09:46
昆虫性信息素相当于昆虫之间的“气味语言”,具有靶向性强、用量少、对环境友好等优点,是当前绿色植保的重要策略之一。
2025-12-24 10:05
作为中国科学院“十四五”重大项目之一,2022年7月27日,由中国科学院力学研究所(以下简称力学所)抓总研制的“力箭一号”火箭首飞成功。
2025-12-24 09:59
中国科学技术大学(以下简称中国科大)教授潘建伟、朱晓波、彭承志和副教授陈福升等基于超导量子处理器“祖冲之3.2号”,在码距为7的表面码上实现了低于纠错阈值的量子纠错,演示了逻辑错误率随码距增加而显著下降。
2025-12-24 09:58
加载更多