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新的基因工程技术可以帮助设计 研究生物系统

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-03-29浏览次数:754

一项新技术将帮助生物学家修复基因,无论目标是将细胞转变为生产药物的小型工厂,修改作物以在有限的水中生长,还是研究基因对人类健康的影响。

该技术于1月20日在Nature Communications上发表,它允许科学家精确调节特定基因的蛋白质含量。该过程简单而创新,迄今已应用于从细菌到植物到人体细胞的所有方面。

“基本上,这是修改基因表达的通用工具包,”华盛顿大学圣路易斯分校细胞生物学和生理学高级教授Sergej Djuranovic博士说。 “无论您是通过基因工程生产特定的有机分子还是研究基因是如何工作的,都可以使用它。”

控制特定基因产生的蛋白质量的能力对于设计或重新设计生物系统的生物学家来说是有利的,例如构成细胞代谢的一组生化反应,以产生所需产物。例如,一些药物 - 包括抗生素如万古霉素和抗癌药物如紫杉醇 - 是由细胞产生的代谢副产物。通过微调某些基因,生物学家可以最大化产生的药物量。

Djuranovic本人有兴趣调节基因表达以研究疾病相关基因,例如与癌症相关的基因。

“有各种复杂的疾病,如癌症和自闭症,我们知道特定基因的表达已经降低,但没有人知道这种减少是如何导致这种疾病的,”Djuranovic说。 “对于经典遗传学,你只能研究当你有两个拷贝,一个拷贝或没有拷贝的基因,换句话说,100%,50%或0%的基因表达时会发生什么。现在我们可以看看一切它们之间。”

该技术利用称为mRNA翻译的细胞翻译特征,这是从DNA产生蛋白质的关键步骤。为了制造蛋白质,首先将该基因复制到称为信使RNA的相关分子中,然后翻译成蛋白质。

信使RNA是一个长链分子链,有四个连接 - 腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鸟嘌呤(G)和尿嘧啶(U)。一般来说,这些链接混合在一起,就像一个单词中的字母一样,但有时很多A会连续出现。这样的序列非常滑;在A到达终点之前,存在RNA转化为蛋白质以在A的长轨道中停止和滑动的分子机制的趋势,从而减少了产生的蛋白质的量。

Djuranovic,研究生Laura Arthur及其同事表明,A弦的光滑度可用于调节基因产生的蛋白质量。它们添加到信使RNA的起点或中间的A越多,从中产生的蛋白质就越少。通过仔细控制A弦的长度,或通过在弦中的某个位置引入不同的分子链,它们可以产生他们想要的蛋白质。

Djuranovic及其同事在细菌,原生动物,酵母,植物,果蝇,小鼠和人类细胞中测试了这项技术。它适用于所有这些生物体,因为RNA翻译是一种进化过程,在所有生命形式中以相同的方式发生。

“从中受益是多么容易,”Djuranovic说。 “过去,如果你想要一种可以将基因表达降低30%的突变,那么找到类似的基因需要多年的工作和很多运气。现在我们可以在几天内完成。“