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        感知分子檢測和生物生產的未來
        
			
        
				2019-01-31 15:16:08
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        合成工程的生物傳感器，其可被設計為檢測和信號特異性小分子化合物的存在下，都已經解鎖通過利用細菌細胞如許多潛在的應用大腸桿菌，以感測毒素或使有價值的商品，包括燃料，塑料的生物生產，并藥品。然而，到目前為止，科學家一直面臨著利用生物傳感器用于真核細胞的挑戰(zhàn) - 真核細胞包括酵母，植物和動物 - 因為迄今為止的策略在它們可以檢測的分子和它們可以產生的信號方面受到限制。
        

        感知分子檢測和生物生產的未來
        

        但是現在，哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所和哈佛醫(yī)學院(HMS)的一個研究小組開發(fā)了一種新的方法，用于設計廣泛的生物傳感器來檢測和使用活的真核細胞實際上發(fā)出任何所需分子的信號。Church是Wyss核心教員和HMS的Robert Winthrop遺傳學教授，他的團隊在eLife雜志上報告了他們的發(fā)現。
        

        為了測試他們的新方法，該團隊通過實驗設計酵母，植物和哺乳動物細胞，以包含可定制的配體結合結構域(LBD)，它們是激素和其他類型小分子的受體。這些定制LBD經過定制，以便它們僅結合并“檢測”特定的目標分子，例如人體激素孕酮或藥物地高辛。一旦LBD與靶分子結合，可以對與LBD融合的二級“信號”組分進行編程以發(fā)射熒光或調節(jié)基因表達。該生物傳感器的組成部分--LBD與熒光或遺傳信號結合 - 降解并且如果未識別目標分子則逐漸消失。
        

        引人注目的是，該團隊成功地將擬南芥植物作為多細胞植物生物傳感器，含有定制LBD以識別藥物地高辛和發(fā)光信號蛋白，當地高辛被“檢測”時發(fā)光。當植物暴露于地高辛時，這些擬南芥生物傳感器發(fā)出熒光，證明整個生物體可以在視覺上點亮以發(fā)出任意分子的信號檢測。
        

        “像許多真核生物一樣，植物中充滿了多種激素，這使得感知和響應特定的感興趣激素具有挑戰(zhàn)性，”該研究的共同第一作者，Wyss Institute技術開發(fā)研究員Dan Mandell博士說。 HMS的博士后研究員。“但是使用我們的策略，我們設計的擬南芥植物在地高辛存在下顯示出50倍的發(fā)光 - 非常容易可視化 - 這可能激發(fā)未來令人興奮的應用，包括檢測有害環(huán)境污染物或毒素的樹木或植物，并發(fā)出可見指標。“
        

        “可以告訴你環(huán)境的生物傳感器對于廣泛的應用非常有用，”Church說。“你可以想象，如果它們被用于農業(yè)植物，它們可以告訴你土壤的狀況，毒素或害蟲的存在是否會困擾它們。”
        

        該團隊不僅展示了其在植物中的新方法，還描述了其在將酵母和哺乳動物細胞轉化為精確生物傳感器方面的功效，這種生物傳感器有朝一日可用于依賴酵母或家畜生產力或用作醫(yī)療用途的行業(yè)。傳感器?？偟膩碚f，該方法極其可調和便攜，這意味著它可以用于各種生物體中以檢測廣泛的小分子。
        

        新生物傳感方法的另一個功能是能夠將其連接到基因調節(jié)因子而不是熒光蛋白。這種生物傳感器可精確調節(jié)基因轉錄，以提高小分子的產量在用于工業(yè)生物生產的生物體中。例如，酵母可以被設計為從可再生原料產生所需分子，并且進一步編程以自我鑒定生產者群體中最有效的個體，使得僅最高產量的酵母存活。通過這種方式，用于藥物或其他有價值分子的生物生產的生物群體可以快速自我進化以變得極其有效和高效。事實上，該團隊使用這種策略來進化酵母，這種酵母可以產生激素黃體酮，產量提高幾倍。
        

        生物傳感器也可能對人類健康產生直接影響，因為該團隊還使用他們的方法嚴格控制活體人體細胞內的基因編輯機制CRISPR-Cas9，這是在基因治療期間防止基因組無意識變化的一個步驟。
        

        “教會團隊開發(fā)的這些新的重編程功能開辟了一個全新的領域，普通生物體可以轉化為特殊的生物細胞設備，可以感知特定信號并產生適當的反應，無論是增強生物燃料的生產還是分泌治療劑感覺炎癥或感染。它是另一個偉大的使能能力，無疑將推動整個合成生物學領域。“Wyss研究所創(chuàng)始主任唐納德英格伯醫(yī)學博士，博士，他是HMS的血管生物學猶大民間教授，波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學項目，以及哈佛John A. Paulson工程與應用科學學院的生物工程教授。
        
			

			
          
        
			
        
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