据物理学家组织网近日报道，最近，美国波士顿大学和哈佛医学院、马萨诸塞州总医院合作，开发出一种给细胞重编程、设计基因线路的新方法，能大大增加基因“零件”的数量，构建更大更复杂的基因网络。该方法不仅大大丰富了合成生物学家的工具箱，还能帮人们理解生物行为及其发展演变，发挥多种实际应用价值。相关论文在线发表于8月3日的《细胞》杂志上。
美国开发出利用锌指蛋白重编程细胞的新方法
锌指蛋白构建基因线路新模式
合成生物学的目标是通过把基因“零件”组装成“线路”，在活细胞内部执行逻辑操作，造出有特殊功能的细胞，解决医药、能源和环境领域的关键问题。然而要实现这一目标，必须有更多可靠的基因零件，只靠“现成”的细菌基因是远远不够的。目前，大部分合成生物学家都是用现有细菌的基因片段作组装零件，转移到其他真核细胞中来构建基因线路。
新方法提供了一种构建和分析真核细胞基因线路的新模式。研究人员用一种叫做“锌指”的蛋白质与真核细胞本身的功能基因片段结合，“锌指”蛋白经过编程后能与期望的DNA序列结合，形成的新零件具有模块化的性能，可广泛用于多种功能设计当中。通过模块零件来设计基因线路，摆脱了对现有细菌基因的依赖，能构建出更大更复杂的线路。
锌指蛋白是指含有通过结合Zn2+稳定的短的可以自我折叠形成“手指”结构的一类蛋白质。由于其自身的结构特点，可以选择性的结合特异的靶结构，使锌指蛋白在基因的表达调控、细胞分化、胚胎发育等生命过程中发挥重要作用。
“我们的方法在治疗领域也有潜在应用，比如对与疾病相关的重要基因与基因网络进行动态修改和控制。” 该研究领导、波士顿大学生物医学工程师阿哈迈德•卡利尔说，其他医疗应用还包括：损伤与疾病的干细胞疗法、细胞内置工具、癌症及其他疾病早期诊断线路等。
细胞重编程的应用
细胞重编程(Reprogramming Cells)指的是分化的细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态，或者形成胚胎干细胞系，或者进一步发育成一个新的个体的过程。
2008年，研究人员在细胞再编程方面取得了一个里程碑式的进展。在用活鼠做的一项漂亮的研究中，他们让细胞直接从一种成熟细胞变成另一种，打破了细胞单向发育的规则。调整细胞使其具有新身份的上述进展和其它一些进展，把细胞再编程这个现在蓬勃发展的领域推到了《科学》2008年十大科学进展之首。[英文报道]
A Synthetic Biology Framework for Programming Eukaryotic Transcription Functions
Ahmad S. Khalil, Timothy K. Lusend email, Caleb J. Bashor, Cherie L. Ramirez, Nora C. Pyenson, J. Keith Joung, James J. CollinsSee Affiliations
Eukaryotic transcription factors (TFs) perform complex and combinatorial functions within transcriptional networks. Here, we present a synthetic framework for systematically constructing eukaryotic transcription functions using artificial zinc fingers, modular DNA-binding domains found within many eukaryotic TFs. Utilizing this platform, we construct a library of orthogonal synthetic transcription factors (sTFs) and use these to wire synthetic transcriptional circuits in yeast. We engineer complex functions, such as tunable output strength and transcriptional cooperativity, by rationally adjusting a decomposed set of key component properties, e.g., DNA specificity, affinity, promoter design, protein-protein interactions. We show that subtle perturbations to these properties can transform an individual sTF between distinct roles (activator, cooperative factor, inhibitory factor) within a transcriptional complex, thus drastically altering the signal processing behavior of multi-input systems. This platform provides new genetic components for synthetic biology and enables bottom-up approaches to understanding the design principles of eukaryotic transcriptional complexes and networks.
文献链接：A Synthetic Biology Framework for Programming Eukaryotic Transcription Functions
