意义深远 科学家开发新技术形成人类人工染色体

研究人员表示,该技术将提高实验室的研究效率,拓宽基因治疗的范围。人类人工染色体 (HAC) 在人类细胞内发挥作用,有望彻底改变基因疗法,包括治疗某些癌症,并具有多种实验室用途。然而,重大的技术挑战阻碍了它们的进展。

佩雷​​尔曼医学院研究人员领导的团队在这一领域取得了重大突破,有效地绕过了一个常见的绊脚石。

在最近发表在《科学》杂志上的一项研究中,研究人员解释了他们如何设计出一种有效的技术,从单个、较长的设计DNA构建体中制造 HAC。之前制造 HAC 的方法受到以下事实的限制:用于制造它们的 DNA 构建体往往会连接在一起(即“多聚化”),长度不可预测,并且会发生不可预测的重排。新方法可以更快、更准确地制作 HAC,这反过来将直接加快 DNA 研究的速度。随着时间的推移,借助有效的输送系统,这项技术可以带来针对癌症等疾病的更好的细胞疗法。

彻底改造 HAC 设计

“从本质上讲,我们对 HAC 设计和交付的旧方 电话数据 法进行了彻底改革,”宾夕法尼亚大学 Eldridge Reeves Johnson 基金会生物化学和生物物理学教授 Ben Black 博士说道。“我们构建的 HAC 非常有吸引力,可以最终应用于生物技术应用,例如需要大规模细胞基因工程的应用。一个好处是它们与天然染色体共存,而无需改变细胞中的天然染色体。”

第一批 HAC 于 25 年前开发出来,而人工染色体技术已经非常先进,可用于制造细菌和酵母等低等生物的较小、较简单的染色体。人类染色体则不同,这主要是因为它们的尺寸较大,着丝粒(X 形染色体臂连接的中心区域)也更复杂。研究人员已经能够通过向细胞中添加自连接长度的 DNA 来形成小型人工人类染色体,但这些长度的 DNA 会进行多聚化,组织和拷贝数不可预测——这使其治疗或科学用途变得复杂——而且由此产生的 HAC 有时甚至会整合来自宿主细胞的天然染色体片段,使对它们的编辑变得不可靠。

宾夕法尼亚大学医学院的研究人员在研究中设计了改进的 HAC

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并进行了多项创新:其中包括更大的 意义深远 科学家开发新技术形成人类人工染色体 初始 DNA 构建体,其中包含更大、更复杂的着丝粒,这使得 HAC 可以从这些构建体的单个副本中形成。为了将 HAC 递送到细胞中,他们使用了一种能够携带更大货物的酵母细胞递送系统。

“例如,我们不是试图抑制多聚化,而是通过增加输入 DNA 构建体的大小来解决这个问题,这样它自然就会倾向于保持可预测的单拷贝形式,”布莱克说。

研究人员表明,与标准方法相比,他们的方法在形成可行的 HAC 方面效率更高,并且产生了可以在细胞分裂过程中自我复制的 HAC。

优势和未来应用

假设人工染色体能够轻易地被递送到细胞中 投注电子邮件列表 并像天然染色体一样运作,那么人工染色体的潜在优势有很多。它们将为表达治疗基因提供更安全、更高效和更持久的平台,而病毒基因递送系统则会引发免疫反应,并导致有害病毒插入天然染色体。细胞中的正常基因表达还需要许多局部和远处的调控因子,这些因子几乎不可能在类似染色体的环境之外人工复制。此外,与相对拥挤的病毒载体不同,人工染色体将允许表达大量协同的基因集合,例如,构建复杂的蛋白质机器。

布莱克希望,他的团队在这项研究中采取的同样广泛的方法将有助于为其他高等生物制造人工染色体,包括用于农业应用的植物,如抗虫、高产作物。来自克雷格文特尔研究所、爱丁堡大学和达姆施塔特工业大学的研究人员也参与了这项研究。

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