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天龙八部sf新技术可实现工程化人体细胞的预测设计

西北大学的合成生物学家约书亚·伦纳德(Joshua Leonard)小时候使用电子套件来制造设备。现在,他和他的团队已经开发出一种由设计驱动的过程,该过程使用非常不同类型的工具箱中的零件来构建用于细胞工程的复杂遗传电路。

医学上最令人兴奋的领域之一是使用活细胞作为疗法。例如,使用这种方法来治疗癌症,许多患者已经治愈了以前无法治愈的疾病。这些进步采用了合成生物学的方法,这是一个不断发展的领域,融合了生物学和工程学的工具和概念。

新的西北技术使用计算模型来更有效地识别有用的基因设计,然后再在实验室中进行构建。面对无数的可能性,建模为研究人员提供了提供真正机会的设计。

“为了改造细胞,我们首先在一段DNA中编码所需的生物学功能,然后将该DNA程序传递至人类细胞以指导其执行所需的功能,例如仅响应某些信号而激活基因。在牢房的环境中,”伦纳德说。他带领西北研究人员小组与华盛顿大学的Neda Bagheri合作进行了这项研究。

伦纳德(Leonard)是麦考密克工程学院化学与生物工程系的副教授,并且是西北大学合成生物学中心的主要教授。他的实验室致力于利用这种编程能力来构建疗法,例如激活免疫系统的工程细胞来治疗癌症。

Bagheri是生物学和化学工程学的副教授,是华盛顿大学西雅图分校的华盛顿研究基金会研究员。她的实验室使用计算模型来更好地理解并随后控制单元决策。伦纳德(Leonard)和巴格里(Bagheri)为最近的博士研究生,该论文的第一作者约瑟夫·穆尔顿(Joseph Muldoon)共同提供了建议。

Muldoon说:“已经在细菌和酵母等细胞类型中探索了模型指导的设计,但是这种方法在哺乳动物细胞中相对较新。”

这项研究设计和测试了数十条遗传回路,将于2月19日发表在《科学进展》杂志上。像其他合成生物学技术一样,此方法的主要特征是它旨在被其他生物工程组织轻易采用。

迄今为止,依靠反复试验来开发遗传程序仍然困难且耗时。除了相对简单的功能之外,实现生物学功能也具有挑战性。研究团队使用了伦纳德实验室中发明的遗传部分的“工具包”,并将这些部分与计算工具配对,以便在进行实验之前模​​拟许多潜在的遗传程序。他们发现,可以构建各种遗传程序,使每个程序在人类细胞中发挥所需和有用的功能,从而使每个程序都能按预期工作。不仅如此,设计还可以首次使用。

伦纳德说:“以我的经验,没有什么能像在科学上那样起作用;什么都不是第一次。我们通常花很多时间调试和完善任何新的基因设计,然后才能按需工作。” “如果每个设计都能按预期工作,我们将不再局限于反复试验。相反,我们可以花时间评估可能有用的想法,以磨练真正伟大的想法。”

Bagheri补充说:“健壮的代表性模型可能会对科学和翻译产生破坏性影响。” “这一发展只是冰山一角。”

在这项研究中开发和实施的遗传电路也比现有技术更复杂。这一进步为改造细胞以执行更复杂的功能,并使疗法更安全,更有效提供了机会。

伦纳德说:“有了这项新功能,我们在真正地生物学工程上迈出了一大步。”

该论文的标题是“模型指导的哺乳动物遗传程序设计”。

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