工程师为哺乳动物细胞创造最有效的红光激活光遗传开关

一组研究人员开发出一种光激活开关，可以在哺乳动物细胞中打开和关闭基因。这是由红色和远红光激活的最有效的所谓“光遗传开关”，已在动物细胞中成功设计和测试 - 并且它不需要从细胞外添加传感分子。

光激活的遗传开关可用于在基因疗法中打开和关闭基因;在未来的癌症治疗中关闭基因表达;并帮助跟踪和了解人体特定位置的基因功能。

由加州大学圣地亚哥分校的生物工程师领导的这个团队最近在ACS合成生物学在线详细介绍了他们的发现。

“能够在特定时间和特定时间控制体内深处的基因，而不需要添加外部元素，这是我们社区长期追求的目标，”雅各布斯工程学院生物工程学教授Todd Coleman说。加州大学圣地亚哥分校和论文的相应作者之一。“我们正在控制具有最理想波长光的基因。”

研究人员在构建交换机方面的成功依赖于两个见解。首先，动物细胞没有提供电子的机制来制造对红光敏感的分子。它相当于在国外使用吹风机和电源插座，但没有电源线和电源插座适配器。因此，加州大学圣地亚哥分校博士后研究员Phillip Kyriakakis领导的研究人员开始研究这些研究。

对于电源线，他们使用细菌和植物铁氧还蛋白，铁和硫蛋白，在许多反应中引起电子转移。铁氧还蛋白以不同的形式存在于动物细胞中，与其植物和细菌表亲不相容。因此，一种名为铁氧还蛋白-NADP还原酶(FNR)的酶起到了出口适配器的作用。

结果，动物细胞现在可以将足够的电子从其能量供应转移到其他酶，这些酶可以产生光激活开关所需的光敏分子。

第二个见解是制造光敏分子的系统需要放置在细胞的线粒体 - 细胞的能量工厂中。结合这两个见解，研究人员能够建立一个植物系统来控制动物细胞内的红光基因。

红光是激活基因开关的安全选择，因为它很容易穿过人体。证明这一点的一个简单方法就是将手放在智能手机的手电筒上。红光，但不是其他颜色，会发光，因为身体不会吸收它。并且因为它没有被吸收，它实际上可以无害地穿过组织并到达体内深处来控制基因。

生物工程师构建并编程了一个小巧紧凑的桌面设备，用红色和远红光激活开关。该工具允许研究人员控制光照射的持续时间，直至毫秒。它还允许他们定位非常具体的位置。研究人员表明，即使在短暂的光脉冲之后，开关打开的基因在几种哺乳动物细胞系中仍然活跃了几个小时。

该团队最近获得了内部校园资助，使用该方法控制大脑特定区域的基因激活。这将使他们能够更好地理解各种神经障碍中的基因功能。

研究人员使用铁氧还蛋白和FNR专利研究了制备光活化分子所需的酶。该技术可用于许可。

重要的是，有关如何在动物细胞中生产植物分子的见解有一天也能够生产其他分子，这些分子可以导致不需要肥料的植物的培养，并使生物燃料生产更有效。