Nature方法：基因表达调控研究新工具

　　

生物通报道  杜克大学的生物工程师在实验室中构建出了一种系统，模拟出复杂的相互作用，导致细胞中的人类基因被开启。他们认为这一成果将使基因治疗研究以及合成生物学新兴领域受益。相关结果在线发表在《自然方法》（Nature Methods）杂志上。

这一新方法应该可以帮助基础研究科学家揭示多种不同基因“开启”或“关闭”的效应，并帮助临床医生开发出针对人类疾病的新基因治疗。

杜克大学Pratt工程学院生物医学工程学助理教授、基因组科学和政策研究所成员Charles Gersbach说：“我们知道人类基因不仅是开启或关闭，也可以在广泛水平上被激活。然而，我们也知道自然情况下人类基因受到很多蛋白间相互作用的调控，这些蛋白在生命系统中可导致多种效应。”

“相比于标准的遗传研究，以一种自下而上的方式来解析天然基因网络，我们开发了一种自下而上的方法，这使得我们能够人为地模拟调控单个基因的大量蛋白之间，这些自然的复杂的相互作用。此外，这种方法使得我们能够将细胞的基因开启至从前不可能的水平，”Gersbach说。

人类细胞有大约2万种基因负责生成大量的蛋白，其中许多蛋白可以影响其他基因的作用。能够了解这些相互作用，将大大提高科学家们在生物医学研究各个领域的能力。然而，由于这一自然系统的复杂性，合成生物学家们只能构建出简单的基因网络对每个组件进行精确控制。科学家们能够将这些网络应用于生物传感、生物计算，或再生医学，也能利用它们作为模型研究更复杂的自然系统。

Perez-Pinera说：“这一新系统是探索当前知之甚少的自然基因调控机制的一种有效的新方法。以这种方式，我们可以进一步提高合成生物学及在哺乳动物系统中进行生物学编程的能力。”

最新的研究发现是利用一种构建合成蛋白——转录激活子样效应因子（transcription activator-like effectors ，TALEs）的新技术获得。TALEs是一种可通过设计，与几乎所有基因序列相结合的人工酶。由于这些TALEs制造容易，研究人员能够生成许多的TALEs来控制特异的基因。

Gersbach说：“所有的生物系统都依赖基因调控。试图合成再现自然中发生的过程，是生物工程研究人员所面临一项挑战。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Synergistic and tunable human gene activation by combinations of synthetic transcription factors

Mammalian genes are regulated by the cooperative and synergistic actions of many transcription factors. In this study we recapitulate this complex regulation in human cells by targeting endogenous gene promoters, including regions of closed chromatin upstream of silenced genes, with combinations of engineered transcription activator–like effectors (TALEs). These combinations of TALE transcription factors induced substantial gene activation and allowed tuning of gene expression levels that will broadly enable synthetic biology, gene therapy and biotechnology.