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为了创造与生物系统连接的第一种微电子设备，马里兰大学巴尔的摩分校的研究人员正在以一种新颖的方式利用 CRISPR 技术，电子地同时打开和关闭几个基因。 他们的技术发表在《自然通讯》杂志上，有可能进一步缩小电子世界和生物世界之间的差距，为新的可穿戴和“智能”设备铺平道路。 新型冠状病毒肺炎生物工程和生物科学与生物技术研究所的 William e. Bentley 教授和 Robert e. Fischell 生物医学设备研究所所长 William e. Bentley 说: “面对这场流行病，我们现在对‘智能’设备如何造福普通人有了更深入的了解。 “想象一下，如果我们可以戴上一个设备，在我们的智能手机上访问一个应用程序，这个应用程序能够检测佩戴者是否感染了活跃的病毒，产生了免疫力，或者没有被感染，那么。 我们还没有实现这一目标，但越来越清楚的是，要实现这一目标，需要一套能够在生物学和电子学之间快速传递信息的技术。” 利用这样一个设备，这些信息可以用来，例如，动态和自主地进行有效的接触追踪，本特利说。 在过去的60年里，微电子学已经从第一个可植入的起搏器发展到可以利用相互关联的计算设备的个人可穿戴设备---- 也就是物联网。 下一波微电子学的浪潮可能包括利用和控制分子的设备---- 如葡萄糖、荷尔蒙或 dna---- 以改善人类健康。 但是，一个主要的障碍仍然存在。 尽管目前的智能设备可能非常先进，但今天的微电子设备处理信息时使用的材料包括硅、金或化学物质，以及提供电子的能源。 但是，自由电子在生物系统中并不存在。 因此，微电子学和生物世界之间仍然存在着技术差距。 两年多以前，宾特利，他的 IBBR 和 Fischell 研究所的同事，格雷戈里 佩恩和他的团队发表了关于他们发现的一个漏洞的研究。 在生物系统中，已经存在一小类能够穿梭电子的分子。 这些分子被称为“氧化还原”分子，可以将电子传输到任何位置。 要做到这一点，氧化还原分子必须首先经历一系列的化学反应ーー氧化或还原反应ーー才能将电子输送到预定的目标。 本特利的研究小组利用合成生物学元件对细胞进行工程改造，在细菌细胞中创造了一种复杂的合成“开关”系统，这种系统可以识别电子，而不是更传统的分子信号，并结合 CRISPR 的生物可编程遗传电路。 最著名的基因编辑，CRISPR 控制功能被修改到与 SoxR 一起工作，SoxR 是一种对氧化还原分子有反应的调节蛋白，在大肠杆菌中发现。 研究小组使用 CRISPR 技术来集中细胞的新陈代谢机制来执行所需的功能，而不是编辑基因。 该小组的过程包括所谓的下调和上调，即细胞对外部刺激的反应，要么减少(下调) ，要么增加(上调)某个特定成分的数量，例如蛋白质。 这个团队成功地证明了，使用 CRISPR，他们可以通过电子编程在大肠杆菌和沙门氏菌中上调和下调特定基因。 通过这种方式，研究小组证明了，利用相同的氧化还原介质作为通讯通道，通过电流编程的信息可以传输到许多菌株内部。 更重要的是，他们创造并应用了 CRISPR 技术来利用电子和通信领域的信号处理能力。 他们将细胞固定在凝胶中，并利用电子信号产生一个明确的化学梯度的 crisp 控制细胞外信号。 他们发现，暴露于高度氧化的绿脓菌素(一种能够参与氧化还原反应的代谢物)的细胞呈现出最高水平的 CRISPR 活性，而暴露于微量氧化的绿脓菌素的细胞呈现出最低水平的 CRISPR 活性。 通过这样做，研究小组有效地支持了他们的假设，即电信号可以用来在空间上控制 CRISPR。 虽然 CRISPR 被普遍认为是生物学的敏捷工具，但这项工作代表了 CRISPR 如何能够在生物电子学中用于电子定位和同时控制选择基因的第一次演示。 “我们接下来的步骤包括加强我们的生物电子学工作，使下一代通信设备确实能够将本地获得的生物信息结合起来，”本特利说。 More information: Narendranath Bhokisham Journal information: Nature Communications 欢迎从事基因编辑的科研伙伴交流讨论，进群请提供学校-专业-昵称信息，非专业人士请绕过，谢谢。 版权作品，未经PaperRSS书面授权，严禁转载，违者将被追究法律责任。 PaperRSS，关注生命科学，高校院所科研进展。 |
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