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澎湃新闻|科学家研发新工具：能用心血管药物开关基因，测试生物计算机

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【澎湃新闻|科学家研发新工具：能用心血管药物开关基因，测试生物计算机】老药新用？中国科学家研发出合成生物学的新工具——FAR switch ， 将预防血栓形成、用于心血管疾病治疗的上市药物阿魏酸钠 ， 用作“开关” ， 用于控制基因表达的开始或关闭 。
研究人员认为 ， 这一合成生物学新工具 ， 为细胞治疗等精准医学的动态干预提供了新策略 ， 有望加速智能基因/细胞药物向临床应用的转化 。
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图1 FAROFF switch的原理图和基因表达动力学表征 。
研究人员还测试了前述工具在基因编辑、细胞治疗、生物计算机逻辑运算等三方面的应用可能 。
澎湃新闻从华东师范大学获悉 ， 8月8日 ， 相关论文在国际学术期刊《科学—进展》（Science Advances）上在线发表 。
论文显示 ， 根据不同的设计 ， 研究人员可以将FAR switch设置成“当环境中不存在阿魏酸钠时 ， 下游报告基因表达关闭；而当阿魏酸钠存在时 ， 则引发下游报告基因表达” ， 或者反之 。
研究人员通过微胶囊 ， 将包含前述工具的细胞株移植至小鼠体内 。 这时 ， 当给小鼠注射或口服阿魏酸钠 ， 均能在小鼠血清中检测到报告基因的表达 ， 持续时间可以持续15天 。
研究人员还测试了前述工具的另外两种应用：利用阿魏酸钠调控CRISPR-Cas9/dCas9系统；利用阿魏酸钠和苯甲酸联合控制 ， 进行多种高阶逻辑运算 ， 组装生物计算机 。
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图2 FARON switch的原理图和动力学表征
CRISPR-Cas9/dCas9系统被称为“基因魔剪” ， 已被广泛应用于表观遗传修饰和定点基因编辑 。 但持续性表达的Cas9蛋白可能存在脱靶的风险 ， 带来不可预估的副作用 。 来自华东师范大学的研究人员在FARON switch的基础上 ， 进行设计、改造 ， 构建了阿魏酸钠调控的表观遗传修饰系统和基因编辑系统 ， 用阿魏酸钠调控前述过程 。
此外 ， 通过在单细胞内装载可编程的基因调控网络 ， 可以实现在阿魏酸钠和苯甲酸双输入的情况下 ， 执行多种高阶逻辑运算 ， 组装生物计算机 ， 有望实现复杂的人机交互 。
该研究论文通讯作者是华东师范大学生命科学学院、上海市调控生物学重点实验室、华东师范大学医学合成生物学研究中心研究员叶海峰 。 华东师范大学生命科学学院博士后王义丹和2017届硕士毕业生廖舒勇为该论文的共同第一作者 。 该研究受到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、国家自然科学基金、上海市科委合成生物学重大项目的资助 。


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