新开发的开关激活基因比自然界好几千倍

如果科学家可以精确地调节基因表达，他们可以关闭对疾病和疾病负责的基因，并开启那些增强健康和免疫系统的基因。“这就是控制基因表达如此根本的原因，”西北大学的Julius Lucks说。“一旦你掌握了它，你就可以做任何事情。”对于Lucks来说，对基因表达有一个“好”的处理可能是轻描淡写。他和他的团队开发了一种功能强大且功能多样的工具，可以实现比自然界好几千倍的基因激活。

西北麦考密克工程学院的化学与生物工程副教授拉克斯说：“我们所做的只是做一个转换基因的RNA开关。” “真正令人敬畏的是它真的非常非常好。”

该研究由美国国家科学基金会，国防高级研究计划局和芝加哥社区信托基金会的Searle基金资助，于10月19日在线发表在Nature Communications期刊上。James Chappell是Lucks实验室的博士后研究员，现在是莱斯大学的助理教授，他是该论文的第一作者。

使用计算设计方法，Lucks通过分子编程称为称为小转录激活RNA的RNA分子(或他的小组之前发现的STAR)来创建转换。然后，他使用由西北校友Joe Zadeh('03)开发的算法来优化特定应用的STAR。一家外部公司使用算法的结果构建一个物理的RNA片段，然后Lucks在实验中使用。

运气将STARs比作灯开关。“对于生物学中发生的任何事情，'光'必须开启，”西北大学合成生物学中心成员Lucks说。“我们总是对开启事情感兴趣，所以我们找到了一种方法来设计一些非常好的灯开关。”

继续类比，在自然界中发现的RNA开关无法完全打开或关闭“灯”。通常情况下，房间总是昏暗，而不是完全黑暗或光亮。但研究人员希望对系统进行更严格的控制。Lucks'STAR可以打开光源或激活基因 - 比没有STAR的情况下亮9,000倍，提供研究人员缺乏的完全黑暗或明亮的空间。“如果你研究一个系统来探索一个基因的作用，你就会想知道当它完全开启或关闭时它会起什么作用，”Lucks解释道。“当基因存在或在那里的中途时，不是这样。那就更难解开了。”

对于诊断应用来说尤其如此，Lucks计划通过他的新工具继续追求它。因为RNA擅长检测RNA的其他链，所以STAR可用于诊断RNA病毒。要做到这一点，Lucks的开关可以设计成在其中一种病毒出现时打开。“你必须有超级严密的控制来实现这一点，”Lucks说。“你不需要中途信号，因为那时你会得到误报。你需要一个明确的信号。”

然而，诊断只是研究人员可以用STAR完成的一件事。运气也有兴趣将它们用于代谢工程，调节RNA网络等。“这是一项支持技术，我们立即开始合作，”Lucks说。“突然之间，所有这些不同的事情都有可能。这真是太棒了。”