新技術：有針對性地將基因導入單個細胞

　　研究人員開發了一種技術，可以有針對性地將基因導入單個細胞。

　　將所需基因插入動物或人類細胞的能力是現代生命科學研究和廣泛生物醫學應用的基礎。迄今為止用于這一目的的方法大多是非特異性的，這使得科學家很難控制哪個細胞會或不會吸收一個基因。在這種基因轉移中，目標基因通常被包裝成“病毒載體”，這些病毒的一部分遺傳物質被目標基因取代。

　　當研究人員將這些病毒載體添加到細胞中時，這些載體將基因導入細胞。這就是目前一些SARS-CoV-2疫苗背后的原理，比如阿斯利康或強生公司的疫苗。

　　然而，很難——甚至不可能——控制目標基因進入哪個細胞，因為病毒載體往往非特異性地停靠在某一細胞類型的所有細胞上。

　　由Maximilian H?rner博士, Wolfgang Schamel和Wilfried Weber教授領導的CIBSS卓越集團-佛雷堡大學綜合生物信號研究中心的一組研究人員開發了一種新技術，使他們能夠以可控的方式引入靶基因，從而控制單個選定細胞的過程。研究人員在最新一期的《Science Advances》上發表了他們的研究成果。

　　在他們的新方法中，使用光學遙控器引入遺傳信息。結果，只有被紅光照射的細胞才能吸收所需的基因。為了做到這一點，科學家們修改了一種被稱為AAV載體的病毒載體，這種載體已經在臨床上使用。“我們剝奪了病毒載體與細胞對接的能力，”H?rner說。“這是引入遺傳物質之前必不可少的一步。”

　　為了實現光的控制，研究人員從植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）中提取了一個紅光光感受器系統。這個系統由PhyB和PIF兩種蛋白質組成，當PhyB被紅光照射時，這兩種蛋白質就會相互結合。研究小組將蛋白PIF放在病毒載體的表面，并對另一種蛋白PhyB進行修飾，使其能夠與人類細胞結合。一旦這種被稱為OptoAAV的修飾載體與細胞結合蛋白一起進入細胞培養，這種蛋白就會與所有細胞結合。“如果一個選定的細胞現在被紅光照射，修改后的載體可以結合到這個細胞上，并將目標基因導入被照射的細胞，”H?rner說。

　　生物信號研究的一個關鍵方面

　　這種新方法允許研究人員將目標基因導入組織培養中所需的細胞。科學家們還成功地在不同的位置連續照亮了組織培養物，從而使不同的基因能夠有針對性地導入培養物中的不同細胞。有了這項技術，現在可以在單個細胞中控制所需的過程。這對于理解單個細胞如何與其環境中的細胞進行通訊至關重要，例如，控制器官的發育或再生。“隨著這些病毒載體在治療領域的應用越來越廣泛，”Weber說。“我們認為這項新技術有可能使這些生物醫學應用更為精確。”