我們曾經(jīng)想過擁有一個(gè)比天生器官更勤力工作的“超級器官”嗎?比如“超級肝臟”等。插入人體干細(xì)胞內(nèi)的合成DNA電路或許很快能讓我們以前所未有的精度和速度打造出一個(gè)新器官。這一合成電路可以在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)并使用從網(wǎng)上訂購的零件組裝而成?？茖W(xué)家們表示，這一技術(shù)能讓我們方便快捷地制造出供移植的身體器官，而且，這些器官在移植進(jìn)入人體時(shí)也不會(huì)發(fā)生排異反應(yīng)。
另外，這一技術(shù)也讓我們滿懷憧憬：或許某一天，我們也能借助這一技術(shù)對我們天生擁有的器官進(jìn)行升級換代。英國倫敦大學(xué)學(xué)院的再生醫(yī)學(xué)教授克里斯·梅森表示：“未來，我們希望能增強(qiáng)細(xì)胞的功能，得到‘超級器官’。”美國麻省理工學(xué)院的合成生物學(xué)家帕特里克·古冶領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)也在對這一新方法進(jìn)行精耕細(xì)作。近日《新科學(xué)家》網(wǎng)站對此進(jìn)行了報(bào)道。
人造DNA電路控制細(xì)胞發(fā)育
除了精子和卵子細(xì)胞，我們所有的細(xì)胞都包含有完全一樣的遺傳指令。這些細(xì)胞最終會(huì)發(fā)育成不同類型的細(xì)胞是因?yàn)椤氨碛^遺傳”開關(guān)打開和關(guān)閉基因?？茖W(xué)家們表示，通過對這一機(jī)制進(jìn)行操控，我們可以讓成人細(xì)胞“倒帶”，讓其回到類似于胚胎的狀態(tài)并使它們發(fā)育成身體的不同組織。為了將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)變成特定類型的身體器官，科學(xué)家們一般將其放入DNA和信號分子組成的“湯”中。這些DNA和信號分子會(huì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并對某些“表觀遺傳”開關(guān)進(jìn)行操控。打開或者關(guān)閉什么基因取決于“湯”中的成分。梅森表示：“問題在于，有成千上萬個(gè)這樣的開關(guān)，而且，每個(gè)開關(guān)都需要正確的設(shè)置方式。”
另一個(gè)“攔路虎”是：“湯”中的所有細(xì)胞受到的影響都一樣，因此，會(huì)發(fā)育成同類型的身體組織。不過，一塊肝臟組織同一塊起作用的肝臟并不一樣。古冶表示，對諸如心臟這樣復(fù)雜的身體組織來說，這一點(diǎn)更加明顯。因此，更有用的一種辦法將是一套每個(gè)干細(xì)胞在其發(fā)育過程中都能遵守的指令指南。古冶團(tuán)隊(duì)的方法正是基于這一點(diǎn)。他們通過查看神經(jīng)細(xì)胞和肝臟細(xì)胞在整個(gè)自然的胚胎發(fā)育過程中會(huì)發(fā)生什么情況(哪個(gè)基因被打開以及什么時(shí)候被打開)開始了他們的研究，接著，他們設(shè)計(jì)并制造出了人造DNA控制電路以便在iPS細(xì)胞中復(fù)制這一開關(guān)過程。
他們使用標(biāo)準(zhǔn)的DNA零件(比如為不同的蛋白質(zhì)編碼的序列—這些序列可以從網(wǎng)上獲得)和新合成的遺傳物質(zhì)的組合制造出了這樣的電路，然后，他們使用化學(xué)方法將這些電路插入數(shù)以千計(jì)的iPS細(xì)胞內(nèi)。古冶表示：“你將其組裝成一個(gè)大的邏輯電路，然后放入細(xì)胞內(nèi)，它會(huì)與自然細(xì)胞相互作用。我們并沒有替換任何事物，我們只是在表面放置了一個(gè)控制層?！币坏┻@些電路進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，它們就開始起作用。古冶說：“我們的核心理念是：電路的自動(dòng)化程度很高?！彼軌驒z測活動(dòng)(諸如細(xì)胞內(nèi)的遺傳表達(dá)的情況)并做出反應(yīng)。例如，當(dāng)電路探測到一個(gè)iPS細(xì)胞已變成一個(gè)前體細(xì)胞時(shí)，它會(huì)啟動(dòng)下一步的發(fā)育過程。
