一个更简单的方法来控制基因

麻省理工学院的研究人员已经证明,他们可以打开或关闭基因在酵母和人类细胞通过控制当DNA复制到信使RNA,预付款可以让科学家们更好地理解这些基因的功能。

该技术还可以便于工程师细胞可以监视他们的环境,产生一种药物或检测疾病,助理教授Timothy Lu说,电气工程和计算机科学和生物工程和文章的资深作者描述新方法在ACS合成生物学杂志上。

“我认为这将使它更容易构建合成电路,”陆说,麻省理工学院的合成生物学中心的成员。“应该增加的规模和速度,我们可以建立各种各样的合成电路在酵母细胞和哺乳动物细胞”。

新的方法是基于一个系统的病毒蛋白质利用最近编辑细菌和人体细胞的基因组。原来的系统,称为CRISPR,包含两个组件:一个和切割DNA结合蛋白质,和短链RNA引导蛋白质基因组上的正确的位置。

“CRISPR系统是相当强大的,它可以针对不同的DNA结合地区基于简单的这些指南的重新编码rna,”陆说。”通过重组RNA序列直接这种蛋白质可以任何你想要的位置在基因组或合成电路。”

论文的第一作者是法西姆Farzadfard,麻省理工学院的研究生在生物学。撒母耳Perli,在电气工程和计算机科学研究生,也是一个作家。

针对转录

在先前的研究中,CRISPR被用来剪掉部分禁用它的基因或更换新基因。鲁和他的同事们决定为不同的目的使用CRISPR系统:控制基因转录的过程序列的DNA复制到信使核糖核酸(mRNA),进行基因的指令。

转录被称为转录因子的蛋白质严格监管。这些蛋白质绑定到特定DNA序列的基因的启动子区域和招募或块所需的酶基因复制到mRNA。

在这项研究中,研究者改编CRISPR系统作为转录因子。首先,他们修改了以往CRISPR蛋白质,称为Cas9,再也无法剪断DNA后绑定。他们还添加到蛋白质一段,激活或抑制基因表达调节细胞的转录机器。

Cas9到正确的地方,研究人员还送到目标细胞基因的RNA指南上对应于一个DNA序列基因的启动子他们想激活。

研究人员表明,一旦RNA指导和Cas9靶细胞内蛋白质聚集在一起,他们准确的目标正确的基因和转录。令他们吃惊的是,他们发现同样的Cas9复杂也可以用来阻止基因转录如果针对不同基因的一部分。

“这是好的,它可以让你积极和消极监管具有相同的蛋白质,但指导rna针对不同位置不同启动子,”陆说。

一个很大的灵活性

新系统应该更容易使用比其他两个最近开发的基于dna结合蛋白质transcription-control系统称为锌手指和转录activator-like效应核酸酶(取得),陆说。尽管他们是有效的,设计和组装的蛋白质是耗时和昂贵的。

“与CRISPR有很大的灵活性,它真的来自这样一个事实:你不需要花更多的时间做蛋白质工程。你可以改变rna的核酸序列,”陆说。

研究人员还设计了transcription-control系统,以便它可以被某些小分子诱导,可以添加到细胞,如糖。为此,他们策划指导rna的基因,这样他们只生产小分子存在。没有小分子,没有指导RNA和目标基因是安静的。

这种类型的控制可能是有用的学习自然发生的基因的作用来打开和关闭在特定的点在开发或疾病进展,陆说。

陆现在致力于构建更高级的合成电路执行应用程序,如决策基于几个输入从一个细胞的环境。“我们希望能够这个规模和演示有史以来最复杂的电路,任何人的酵母和哺乳动物细胞,”他说。

这项研究是由美国国防高级研究计划局资助,美国国立卫生研究院新创新者奖和美国国家科学基金会。