據最新一期《科學》雜誌報道，美國加州理工學院研究人員開發出一種人工遺傳回路，可展示細胞是如何選擇其“命運”的。
我們每個人開始時都是一個細胞，然後增殖成數萬億個細胞構成人體。儘管每個細胞都具有完全相同的遺傳資訊，但每個細胞也都發揮著特殊的功能：神經元控制著我們的思想和行為，而免疫細胞學會識別和抵抗疾病，面板細胞保護人體免受外界傷害，肌肉細胞使人體能運動等等。
所有這些細胞型別都有一個共同的起源，即多能幹細胞。幹細胞可變成任何型別的細胞，就像是一個孩子如何成長為成年人，如何選擇職業和人生道路等。幹細胞如何選擇命運取決於細胞基因組中複雜的反應鏈，也就是遺傳回路。
研究人員研發出一種稱為MultiFate的人工遺傳回路，展示了一組相對較小的蛋白質成分及其相互作用如何透過一種稱為“多穩定性”的特性來建立和控制更多的細胞狀態。MultiFate使研究人員能夠設計出單個活細胞，該細胞可變成不同的狀態，這些狀態各自穩定，但能夠執行不同的功能——類似於人體內發生的事情。
MultiFate迴路由3種基因組成，每種基因編碼一種相應的轉錄因子（一種啟動基因表達的蛋白質），並用不同顏色的蛋白質標記：紅色、綠色或藍色。這3種蛋白質中的每一種都透過與自己的DNA結合而自行啟動，也可以相互黏附以阻斷彼此的活性。
正如數學模型所預測的那樣，MultiFate迴路可讓一個細胞以多達7種不同的狀態存在（紅色、綠色和藍色蛋白質的不同組合），使細胞以7種不同色調中的任何一種發光：紅色、綠色、藍色、青色、白色、品紅色或黃色。一旦細胞處於其中一種狀態，就會保持這種狀態，除非故意對其進行干擾。當細胞被“鎖定”在一種命運（顏色）中，也會在其生長和分裂過程中將這種命運傳遞給它的子細胞。
與難以控制的天然細胞迴路不同，MultiFate被設計成可使用某些藥物誘導細胞在7種狀態之間切換。
加州理工學院生物學和生物工程教授邁克爾·埃洛維茨表示，這項工作展示瞭如何從頭開始設計和構建人工迴路來研究基本生物現象。MultiFate的靈感來自天然細胞命運控制迴路的特性，但它是自下而上設計的。它不僅有助於解釋細胞為何存在如此多的命運，還可為擴充套件細胞療法奠定基礎，利用多種細胞型別來執行更復雜的治療功能，這是單一細胞型別無法提供的。
（記者張夢然）
來源： 科技日報
