施瓦辛格主演的電影《終結(jié)者 5》當中，人類領(lǐng)袖 John 被改造成了半機器人。改造之后，John 的行動被機器所掌控，成為了機器的傀儡。

而現(xiàn)在，人類的一些生命活動，真的可以從外界來控制了，比如用電調(diào)節(jié)基因表達。

來自蘇黎世聯(lián)邦理工學院的華人博士生 Jinbo Huang 和團隊研制了一種新的生物接口。這種接口名為「直流電激活的調(diào)節(jié)技術(shù)」(DC-ActuatedRegulationTechnology)。

它可以通過電信號對細胞進行刺激，進而啟動或暫停某個基因的表達。

現(xiàn)在，這項研究已經(jīng)登上了 Nature 子刊。

那么，DART 是如何實現(xiàn)基因表達控制的呢？

電刺激開啟基因表達

基因表達的調(diào)控方式有很多種，這項研究是基于轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控進行的。在真核生物的基因中，有被稱為順 / 反式作用元件的特殊序列。這些序列不編碼蛋白質(zhì)，但對基因的表達起到控制作用。

我們知道，細胞所處的環(huán)境當中有大量的水和氯離子。

通入直流電時，陰陽兩級分別產(chǎn)生氯氣和氫氣，同時還有自由基的產(chǎn)生。自由基會與細胞內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生作用，生成活性氧（ROS）。同時在細胞內(nèi)存在 Keap1-Nrf2-ARE 通路，其中的 Keap1 受體對 ROS 敏感。

一般情況下，Keap1 和 Nrf2 是結(jié)合在一起的，而當 ROS 含量增高時，Keap1 會將 Nrf2 釋放。

Nrf2 進入細胞核后會與 ARE 結(jié)合，而 ARE 就是一種順式作用元件。其中就包括了供 RNA 聚合酶識別的啟動子。ARE 結(jié)合 Nrf2 之后被激活，轉(zhuǎn)錄過程開始，下游基因被表達。比如胰島素合成基因就是此處「下游基因」中的一種。

當電刺激消失后，ROS 水平也隨之下降，相關(guān)通路關(guān)閉，基因表達停止，實現(xiàn)了操作的可逆性。

或可用于 1 型糖尿病治療

實驗中，研究人員讓 1 型糖尿病模型小鼠重新分泌了胰島素。不過這一過程使用的并非小鼠自身的胰島 B 細胞，而是人源細胞。

此中包括了人胚腎細胞系 (HEK293) 和人間充質(zhì)干細胞系 (hMSC)。其中 HEK293 用于 DART 系統(tǒng)的構(gòu)建、測試和調(diào)節(jié)，而 hMSC 則是測試的靶細胞。

通過基因工程方式，研究人員讓結(jié)合了 TERT 的 hMSC 細胞系 (hMSC-TERT) 表達胰島素基因。該細胞系具有能同時進行增殖和分化的特點，是基因相關(guān)研究中常用的細胞。研究人員把這種細胞植入小鼠的背部，然后通過電流進行刺激。結(jié)果，這些 hMSC 細胞成功地分泌出了胰島素。

研究團隊每天用 4.5V 的直流電源對小鼠背部施加 10 秒鐘的刺激。結(jié)果在連續(xù)四周之內(nèi)，實驗組小鼠體內(nèi)的胰島素含量均顯著高于對照組。且在前兩天內(nèi)血糖迅速下降至接近正常水平，并在接下來的四周中保持穩(wěn)定。

對小鼠糖化血紅蛋白 (HbA1c) 水平的監(jiān)測結(jié)果也顯示，在電刺激 4-6 周后接近了正常水平。HbA1c 是一項用于衡量一段時間內(nèi)整體血糖水平的指標，可以排除單點血糖值的偶然因素。

上述實驗結(jié)果表明，將這項技術(shù)用于 1 型糖尿病治療的理論基礎是存在的。接下來的工作，就是找到適合人類的調(diào)控參數(shù)和植入方式。

如果能夠成功，甚至把 DART 接入互聯(lián)網(wǎng)，遠程的基因和細胞的療法將成為可能。當然，治療疾病只是 DART 的潛在應用之一，今后也許還有更多的用法。

我們不妨期待一下 DART 落地的那一天。

論文地址：

• https://www.nature.com/articles/s42255-023-00850-7

參考鏈接：

• https://www.vice.com/en/article/g5yjnx/scientists-control-human-dna-with-electricity-in-leap-forward-study-reports

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《终结者 5》Lite 版：华人博士生用电控制基因表达，成果登上 Nature 子刊的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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