科学家工程师在酵母生物合成的时钟减缓衰老

人类寿命与单个细胞的老化有关。三年前一群加州大学圣地亚哥分校的研究人员破译基本机制背后的衰老过程。识别两个截然不同的方向后,细胞老化,期间遵循研究者转基因这些过程延长细胞的寿命。

所述2023年4月28日科学,他们现在扩展这项研究使用合成生物学工程师解决方案,防止细胞达到正常水平的恶化与衰老有关。细胞,包括酵母、植物、动物和人类一样,都含有基因调控电路,负责许多生理功能,包括老化。

“这些基因电路可以像我们的主电路,控制电器和汽车等设备,“南郝教授说生物科学学院的分子生物学,这项研究的资深作者、加州大学圣地亚哥分校的合成生物学研究所的主任。

然而,加州大学圣地亚哥分校小组发现,中央基因调控电路的控制下,细胞不一定年龄相同的方式。想象一辆年龄作为引擎恶化或传输穿,但不是同时。加州大学圣地亚哥分校团队设想一个“智能衰老过程”,延长细胞寿命循环恶化到另一个从一个老化的机制。

在新的研究中,研究人员关联的基因电路,控制细胞的衰老。从正常的角色功能像一个拨动开关,他们设计了一个负面反馈循环停滞衰老过程。重新接线电路是一种“似钟的装置,称为基因振荡器,驱动细胞周期性切换两种有害的“年龄”状态,避免长时间的承诺,从而减缓细胞的变性。

这些进步导致显著延长细胞寿命,设置一个新纪录延长寿命通过基因和化学干预措施。

作为电气工程师经常做,这项研究的研究人员第一次使用计算机模拟核心电路老化的运营方式。这帮助他们设计和测试之前建立或修改电路单元中。这种方法有优势可以节省大量的时间和资源来确定有效pro-longevity策略,相比传统的遗传策略。

“这是第一次计算指导合成生物学和工程学原理被用来合理设计基因电路和重组的衰老过程有效促进长寿,“郝说。

几年前多学科加州大学圣地亚哥分校的研究小组开始研究背后的机制细胞老化,一个复杂的生物过程,构成人类长寿和许多疾病。他们发现细胞跟随一连串的分子变化通过他们的整个生命周期,直到他们最终退化和死亡。但他们注意到细胞的遗传物质和在相同的环境可以老化沿着不同的路线。年龄大约一半的细胞通过DNA的稳定性逐渐下降,遗传信息的存储位置。另一半年龄沿着一条路径与线粒体的减少,能源生产单位的细胞。

新合成生物学的成就有可能重新配置科学方法年龄延迟。有别于许多化学和遗传试图迫使细胞人工的“青春”,新的研究提供了证据,减缓老化时钟的滴答声由积极防止细胞可能专注于某个前世注定走向衰落和死亡,振荡器和时钟样式基因可能是一个通用的系统来实现这一点。

“我们的研究结果之间建立一个连接基因网络体系结构和细胞寿命,可能导致合理设计基因电路老化缓慢,”研究人员在他们的研究。

在他们的研究过程中,研究团队酿酒酵母酵母细胞作为模型对人类细胞的衰老。他们开发和使用微流体和延时显微跟踪整个细胞衰老过程的寿命。

在当前的研究中,酵母细胞综合重新合成的方向振荡器岁以下设备导致了寿命增加82%而控制细胞在正常情况下。结果显示“在酵母最为明显延长寿命的研究,我们发现与遗传扰动,”他们说。

“我们的振荡器细胞寿命比任何无偏先前确定的寿命最长菌株的遗传屏幕,“郝说。

“我们的工作代表一个概念验证的例子,证明合成生物学的成功应用重组细胞的衰老过程,”作者写道,“并可能为设计合成基因奠定基础电路能够有效地促进长寿在更复杂的生物。”

研究小组目前正在扩大他们的研究不同人类衰老的细胞类型,包括干细胞和神经细胞。

参考:冯周Z,刘Y, Y,等。合成基因工程longevity-design振荡器减缓细胞老化。科学。2023,380 (6643):376 - 381。doi:10.1126 / science.add7631

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