科学家开发出形成人类人工染色体的新技术

宾夕法尼亚大学的研究人员在人类人工染色体技术方面取得了重大突破，开发出了一种简化人类人工染色体构建的新方法。这项创新有望加速DNA研究，并将对基因治疗和生物技术产生重大影响，为当前的基因传递系统提供可靠的替代方案，并拓宽基因工程在各个领域的应用潜力。研究人员指出，这项技术将提高实验室研究效率，扩大基因治疗范围。

能在人体细胞内发挥作用的人造人类染色体有可能彻底改变基因疗法包括某些癌症的治疗方法，并有许多实验室用途。然而，巨大的技术挑战阻碍了它们的发展。

现在，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院研究人员领导的团队在这一领域取得了重大突破，有效地绕开了一个常见的绊脚石。

在最近发表在《科学》（Science）杂志上的一项研究中，研究人员解释了他们是如何设计出一种高效技术，利用单个长的设计DNA构建体来制造HACs的。以前制造HACs的方法一直受到以下事实的限制：用于制造HACs的DNA构建体往往会以不可预测的长序列和不可预测的重排方式连接在一起--"多聚化"。新方法可以更快、更精确地制作HAC，从而直接加快DNA研究的速度。假以时日，再加上有效的传输系统，这项技术就能为癌症等疾病带来更好的工程细胞疗法。

全面改造HAC设计

宾夕法尼亚大学生物化学与生物物理学埃尔德里奇-里夫斯-约翰逊基金会教授本-布莱克（BenBlack）博士说："从根本上说，我们彻底改变了HAC设计和输送的旧方法。我们制造的HAC对于生物技术应用的最终部署非常有吸引力，例如，需要对细胞进行大规模基因工程的应用。另外一个好处是，它们与天然染色体同时存在，而无需改变细胞中的天然染色体。"

首批人工染色体组是25年前开发的，人工染色体组技术在细菌和酵母等低等生物较小、较简单的染色体方面已经非常先进。而人类染色体则是另一回事，这主要是因为人类染色体的体积更大，中心粒（即X型染色体臂连接的中心区域）更复杂。研究人员已经能够用添加到细胞中的自连接DNA长度来形成小型的人造人类染色体，但这些DNA长度的多聚体具有不可预测的组织和拷贝数--这使它们的治疗或科学用途变得复杂，而且由此产生的HAC有时甚至最终结合了宿主细胞中的天然染色体位点，使对它们的编辑变得不可靠。

在他们的研究中，宾夕法尼亚大学医学院的研究人员通过多种创新设计出了改进的HAC：其中包括含有更大、更复杂中心粒的更大初始DNA构建体，这使得HACs能够从这些构建体的单个拷贝中形成。在向细胞递送时，他们使用了一种基于酵母细胞的递送系统，该系统能够携带更大的载荷。

布莱克说："例如，我们没有试图抑制多聚化，而是绕过了这个问题，增加了输入DNA构建的大小，使其自然倾向于保持可预测的单拷贝形式。"

研究人员的研究表明，与标准方法相比，他们的方法能更有效地形成有活力的HAC，并能产生在细胞分裂过程中能自我繁殖的HAC。

优势和未来应用

人工染色体的潜在优势有很多--假定它们可以很容易地输送到细胞中，并像天然染色体一样运作。与基于病毒的基因递送系统相比，人工染色体将为表达治疗基因提供更安全、更高效、更持久的平台，而基于病毒的基因递送系统可能会引发免疫反应，并涉及有害的病毒插入天然染色体。细胞中正常的基因表达还需要许多局部和远距离的调控因子，而这些因子几乎不可能在类似染色体的环境之外进行人工复制。此外，人工染色体与相对狭窄的病毒载体不同，它允许表达大型、合作性的基因组合，例如构建复杂的蛋白质机器。

布莱克预计，他的研究小组在这项研究中采用的同样广泛的方法将有助于为其他高等生物制造人工染色体，包括用于农业应用的植物，如抗虫、高产作物等。

编译自:ScitechDaily