研究人员破解遗传“控制拨号”的代码

西班牙巴塞罗那基因组调控中心的科学家开发出一种新技术，用于破解确定细菌基因活性水平的“对照表盘”的基础DNA代码。这一发现对生物技术具有重要意义，因为转基因细菌和其他生物被用于生产有用的分子，如新材料和药物。

当基因开启时，附近的各种DNA片段充当“对照表盘”，影响活性水平和基因产物的数量。使用肺炎支原体细菌作为模型，CRG主任Luis Serrano教授和他的团队开发了一种快速扫描数千种随机生成的DNA序列的方法，以寻找能够有效激活“报告基因”的DNA序列。

研究人员使用这种名为ELM-seq的新技术来寻找能够大大提高转录水平的DNA序列 - 一种基因被“读取”以产生称为RNA的中间信息的过程。当RNA信息被解释为构建蛋白质分子等产品时，他们还搜索了提高翻译效率的序列。获得专利的ELM-seq方法依赖于间接测量编码蛋白质的基因的活性，该基因在DNA上添加特定的化学“标签”。如果基因更活跃，它将在DNA上留下更多标签。使用称为大规模平行测序的敏感DNA分析技术检测和测量这些标签，提供基因活性水平的定量读数。

研究人员在开放获取期刊Nature Communications上发表了他们的研究结果，发现了“对照表盘”的DNA序列，这些序列始终产生非常高水平的基因活性。他们还揭示了以前未知的关于最有效的DNA序列种类的信息。有趣的是，该团队发现RNA信息的第一个“字母”(基数)对于有效的基因转录非常重要。他们还发现RNA信息的三维结构在确定RNA翻译产生蛋白质的程度方面起着关键作用，而不是之前认为对于有效翻译必不可少的特定序列。

“用于研究DNA控制序列的先前技术通常依赖于逐个分选细胞并测量每种细胞的基因活性，”该论文的第一作者Eva Yus博士说。“然而，我们的新方法使用尖端的DNA测序技术，同时精确测量数千个序列对基因活性的影响。”

肺炎支原体具有非常小的基因组，这使得它相对容易研究。但是，虽然这项研究证明该技术在一个简单的生物体中起作用，但它也可以应用于其他细菌物种，酵母甚至人类细胞，以找到关于如何控制基因以及如何操纵它们的有用信息。

“如果我们想要将细菌或其他细胞用于生物技术应用，我们需要设计它们来制造最大量的产品。但是如果我们没有关于控制基因的最佳序列的信息就非常困难，”Jae博士说。 -Seong Yang，该研究的合着者。

由于肺炎支原体通常会感染肺部，因此该团队现在计划利用他们的新知识开发基于转基因细菌治疗肺部疾病的疗法。他们的目标包括肺部感染，癌症，甚至是再生受损组织的方法。

“我们现在有大量的控制序列可以用来调整我们想要在肺部产生的蛋白质水平 - 就像我们可以用来控制基因活动的工具包一样，”Serrano教授解释说。“此外，这种技术是一种非常便宜和快速的方法，可以找到控制转录和翻译的序列，并可用于任何生物技术应用或生物体。”