用電信號控制DNA新技術獲得重要進展

基因編輯示意圖。(Shutterstock)

 

 

【大紀元2023年08月08日訊】（大紀元記者林達編譯報導）7月31日發表在《自然》（Nature）雜誌上的一項新研究稱，科學家已經證明人類基因可以用電來控制，這一突破為可穿戴設備進行基因編程鋪平道路，從而達到醫療干預的目的。

 

在這項新穎的實驗中，研究人員向一個「電-基因」接口發送電流來激活目標基因，從而觸發人體細胞中胰島素的生成。未來人們可以開發此接口的多種應用，直接用電來控制人類DNA，以治療包括糖尿病在內的多種疾病。

 

目前人們對可穿戴醫療設備的興趣激增，這些設備是以健康為中心的便攜式技術，例如健身追蹤器、生物傳感器、血壓監測儀和心電圖。智能可穿戴設備已成為許多醫生和患者的重要工具，促使研究人員繼續開發新穎平台，用於收集醫療數據乃至進行醫療干預。

 

現在，由蘇黎世聯邦理工學院分子生物學家黃金波（Jinbo Huang，音譯）領導的科學家團隊發明了一種以電池供電的接口，將之稱為「直流電驅動調節技術」或DART，可以通過電流觸發特定的基因反應。黃及其同事將該設備描述為「一次飛躍，彌補了缺失的一環，讓可穿戴設備在不遠的將來能夠控制基因」。

 

研究小組表示：「電子系統和生物系統的功能方式截然不同，並且由於缺乏功能性通信接口而在很大程度上不兼容。生物系統是模擬的，由遺傳基因編程，通過不斷的緩慢更新，並由流過絕緣的細胞膜的離子所控制；而電子系統是數字的，由可更新的軟件編程並由流經絕緣線的電子所控制。」

 

研究者補充說：「讓電子設備可以控制基因表達的電-基因接口（Electrogenetic interface）仍然是達成電子世界和基因世界完全兼容和交互操作性所缺失的一環。」

 

考慮到這一點，該團隊的目標在於「模擬」DNA（控制地球上所有生物生命周期的生物字母表）與構成數字技術基礎的電子系統之間建立直接聯繫。

 

作為研究的一部分，小組最初在2020年發表了一篇論文，證明基因可以被電信號激活。這次改進版設計通過將人類胰腺細胞植入患有1型糖尿病的小鼠體內，簡化了最初的設計。然後，研究人員使用電刺激針來開啓參與調節胰島素劑量的確切基因，胰島素是治療糖尿病所必需的激素（即荷爾蒙）。結果，模型小鼠的血糖濃度恢復到正常水平。

 

黃及其同事表示，這種對哺乳動物基因表達的電微調為「基於可穿戴設備的電控基因表達奠定了基礎，有可能將醫療干預與身體互聯網或物聯網連接起來」。

 

「雖然我們選擇DART控制的胰島素生成進行概念驗證，但將DART控制與各種生物藥品的原位生產和劑量聯繫起來應該很簡單。」該團隊總結道，「我們相信簡單的電-基因接口，例如DART，可以在功能上將生物系統與電子設備互連，為未來各種基於基因和細胞的療法帶來了巨大的希望。」

 

責任編輯：孫芸