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。
Synergistic and tunable human gene activation by combinations of synthetic transcription factors
Pablo Perez-Pinera, David G Ousterout, Jonathan M Brunger, Alicia M Farin, Katherine A Glass, Farshid Guilak, Gregory E Crawford, Alexander J Hartemink & Charles A Gersbach
Mammalian genes are regulated by the cooperative and synergistic actions of many transcription factors. In this study we recapitulate this complex regulation in human cells by targeting endogenous gene promoters, including regions of closed chromatin upstream of silenced genes, with combinations of engineered transcription activator–like effectors (TALEs). These combinations of TALE transcription factors induced substantial gene activation and allowed tuning of gene expression levels that will broadly enable synthetic biology, gene therapy and biotechnology.
文献链接：Synergistic and tunable human gene activation by combinations of synthetic transcription factors
