科學家研發新工具：能用心血管藥物開關基因，測試生物計算機
老藥新用？中國科學家研發出合成生物學的新工具——FAR switch，將預防血栓形成、用於心血管疾病治療的上市藥物阿魏酸鈉，用作“開關”，用於控制基因表達的開始或關閉。
研究人員認爲，這一合成生物學新工具，爲細胞治療等精準醫學的動態干預提供了新策略，有望加速智能基因/細胞藥物向臨牀應用的轉化。
圖1 FAROFF switch的原理圖和基因表達動力學表徵。研究人員還測試了前述工具在基因編輯、細胞治療、生物計算機邏輯運算等三方面的應用可能。
澎湃新聞從華東師範大學獲悉，8月8日，相關論文在國際學術期刊《科學—進展》（Science Advances）上在線發表。
論文顯示，根據不同的設計，研究人員可以將FAR switch設置成“當環境中不存在阿魏酸鈉時，下游報告基因表達關閉；而當阿魏酸鈉存在時，則引發下游報告基因表達”，或者反之。
研究人員通過微膠囊，將包含前述工具的細胞株移植至小鼠體內。這時，當給小鼠注射或口服阿魏酸鈉，均能在小鼠血清中檢測到報告基因的表達，持續時間可以持續15天。
研究人員還測試了前述工具的另外兩種應用：利用阿魏酸鈉調控CRISPR-Cas9/dCas9系統；利用阿魏酸鈉和苯甲酸聯合控制，進行多種高階邏輯運算，組裝生物計算機。
圖2 FARON switch的原理圖和動力學表徵CRISPR-Cas9/dCas9系統被稱爲“基因魔剪”，已被廣泛應用於表觀遺傳修飾和定點基因編輯。但持續性表達的Cas9蛋白可能存在脫靶的風險，帶來不可預估的副作用。來自華東師範大學的研究人員在FARON switch的基礎上，進行設計、改造，構建了阿魏酸鈉調控的表觀遺傳修飾系統和基因編輯系統，用阿魏酸鈉調控前述過程。
此外，通過在單細胞內裝載可編程的基因調控網絡，可以實現在阿魏酸鈉和苯甲酸雙輸入的情況下，執行多種高階邏輯運算，組裝生物計算機，有望實現複雜的人機交互。
該研究論文通訊作者是華東師範大學生命科學學院、上海市調控生物學重點實驗室、華東師範大學醫學合成生物學研究中心研究員葉海峯。華東師範大學生命科學學院博士後王義丹和2017屆碩士畢業生廖舒勇爲該論文的共同第一作者。該研究受到了國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項、國家自然科學基金、上海市科委合成生物學重大項目的資助。