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研究小组给单独的酵母细胞编程,让它们互相打招呼

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-02  浏览次数:24
核心提示:华盛顿大学(University of Washington)的研究人员在面包师的酵母中培育出细胞间的通信,这是从头开始构建多细胞生物的第一步。红

华盛顿大学(University of Washington)的研究人员在面包师的酵母中培育出细胞间的通信,这是从头开始构建多细胞生物的第一步。红酵母细胞产生一种植物激素,这种激素“告诉”绿色细胞以不同的方式表达一种基因。学分:华盛顿大学
几个世纪以来,人类一直在玩酵母。但是这些简单的真菌细胞通常完成它们的工作——制作面包或者把糖转化成酒精——不需要交流或者协同工作。

 

现在,华盛顿大学的一个研究小组利用一种叫做生长素的多才多艺的植物激素,设计出了一种可以相互“交谈”的酵母细胞(酿酒酵母)。


在6月23日发表在美国化学学会(American Chemical Society)杂志ACS Synthetic Biology上的一篇论文中,研究人员描述了一种新的细胞间通信系统,该系统使一个酵母细胞能够调节基因的表达,并影响一个完全独立的酵母细胞的行为。


这是理解交流和合作过程的基本步骤,这些过程可能导致合成干细胞长成需要不同类型细胞共同工作的人造器官或有机体。


“除非你真的能从单个细胞开始构建多细胞生物,否则你不会真正理解它。”在我们做到这一点之前,像为需要肾脏的人再生肾脏这样的事情将很难做到。


它也可能使工程酵母执行复杂的行为,协调多细胞系统,如我们的免疫系统可以起飞,如识别入侵的病原体和安装响应。如果是这样的话,我们可以对这些细胞进行编程,让它们协同诊断流感或疟疾:只要在一包酵母中加入唾液,看看它是否会变色。


UW团队设计了一个程序,让单独的酵母细胞互相打招呼


在左边,一个由UW研究人员设计的转录因子(灰色和红色)被整合到“受体”酵母细胞中。这激活了一个基因,使受体细胞荧光绿色。在右边,一个“发送者”酵母细胞产生一种叫做生长素(橘点)的植物激素。在受体细胞中,生长素吸收另一种蛋白质(蓝色)来抑制转录因子,并关闭使受体细胞变绿的基因。


现在,团队由主要作者Arjun Khakhar牵头,生物工程的威斯康辛大学博士生,和尼古拉斯·j·博尔顿电气工程的威斯康辛大学博士生,只是想看看它可以诱导酵母细胞发出一个信号,引发一连串的另一个细胞的变化。


在最初的实验中,他们使用植物激素生长素来“关闭”另一个细胞中的目标基因。在这种情况下,被关闭的基因是一个插入的水母基因,它使酵母荧光变绿。


“这个项目是为了找出我们是否可以使用生长素使细胞以一种非常简单的方式相互交流,”Klavins说。“我们还没有发出复杂的信息。一个单元格在说“喂?”另一个细胞说:“我能听到你说话。”最终他们会说,我就是这种细胞。你是什么?让我们一起工作。他说,“我很高兴听到你这么说。但现在基本上都是‘嗨’。”


合成生物学家以新的方式组装基因部件,目的是将它们植入有机体,以产生可靠的行为。他们一直在努力构建一些模块,以便在自然界不具备这种功能的有机体中实现细胞间的通信。


UW团队通过设计一系列新的转录因子克服了这一障碍,这些转录因子是控制细胞DNA中特定基因是否表达的蛋白质,对生长素的敏感性各不相同。这种“可调性”在调节细胞行为方面提供了重要的控制。


与合著者、弗吉尼亚大学生物学副教授詹妮弗·内姆豪泽(Jennifer Nemhauser)一起,弗吉尼亚大学的研究小组研究出了如何让“发送者”酵母细胞产生生长素的方法。生长素是一种多能荷尔蒙,它控制着从植物根部生长到抵御病原体的各种途径。通过反复试验,研究小组发现从土壤细菌中借来的一种酶可以诱导酵母将一种常见的化学物质转化为生长素。


在“受体”酵母细胞中,研究人员插入了一种新的转录因子——这种转录因子是由许多不同的基因部分组装而成,他们称之为“弗兰肯因子”——并对其进行改造,激活水母基因,使细胞变绿。


当发送方细胞释放生长素时,研究人员在接收方细胞中引入的额外蛋白质能够降解弗兰肯因子,并关闭启动接收方的基因


 
 
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