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据物理学家组织网2月3日报道，美国杜克大学研究人员模仿人体细胞内复杂的基因调控过程，在实验室造出一种人工系统，能再现多种蛋白质是怎样相互作用打开一个基因的。这种新系统能帮助那些基础研究人员，作为他们检查基因“打开”或“关闭”效果的一种工具，并为开发新的基因疗法、促进合成生物学速生研究等领域带来利益。相关论文在线发表于最近的《自然·方法学》杂志上。
人体细胞大约含有2万个基因，会产生大量的蛋白质，很多基因也会影响到其他基因的活动。如能理解这些基因之间的相互作用，就能从整体上提高生物医学研究水平。但在天然系统中，基因之间的相互作用极其复杂。研究人员介绍说，他们模仿这些作用，造出了一些较简单的基因网络，如能对其中每个组成部分实现精确控制，就可以用它们来实验生物传感、生物计算、再生疗法，甚至作为更复杂的天然系统的模型。
“人类基因不仅仅是打开或关闭那么简单，它们可以在大范围里不同程度地被激活。天然基因是由许多蛋白质相互作用来调控的，因此在同一生物系统内也会产生不同的结果。”杜克大学普拉特工程学院生物医学工程副教授查尔斯·杰斯拜奇解释说，在他们设计的人工系统中，用一种蛋白质来控制基因的活性水平。“我们‘自上而下’地分析了天然的基因网络，开发出一种‘自下而上’的方法，能模拟多种蛋白质是怎样通过复杂的相互作用来调控一个基因的。这种方法与一般的遗传学方法不同，让我们能打开细胞内部的基因，深入到以往无法触及的水平。”
指导该实验的高级研究员帕布罗·皮尔兹-佩内拉说：“目前我们对天然基因调控的基本机制还知之甚少，新系统可以作为一种强有力的探测工具，进一步推动合成生物学发展，提高对哺乳动物的生物编程能力。”
“所有的生物系统都依赖基因调控，生物工程人员要面对的挑战就是怎样在人工合成过程中再现这一自然过程。”杰斯拜奇说。对于合成生物学来说，新研究还可作为一种合成蛋白质的新技术，比如一种叫做转录激活因子样效应子（TALEs）的人造酶，几乎能跟任何基因序列“绑”在一起。这些TALEs很容易生产，人们可以造出大量的TALEs来控制特殊基因。（常丽君）
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）
