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Nature Communications:由思想控制的基因表达

摘要 : 本期Nature Communications在线报告了利用一个通过思想控制的植入物来无线控制基因表达的一个系统。该装置被人类实验对象用来控制小鼠的基因表达。

 本期Nature Communications在线报告了利用一个通过思想控制的植入物来无线控制基因表达的一个系统。该装置被人类实验对象用来控制小鼠的基因表达。

合成生物学显著推进了对光、气和无线电波等提示有响应的基因开关的设计。另一方面,利用控制论方法也开发出了功能性人机接口,在其中人脑-电脑接口对脑波进行处理,来控制电子假肢(如仿生假肢)、甚至还包括轮椅。

Martin Fussenegger及同事设想并制成了一种植入物,它含有被设计用来在接触光时能激发某一基因的细胞。这种激发之后会导致某一蛋白的生成。这些细胞连同一个可无线打开的LED光源一起被植入到小鼠身上。将这一无线控制系统连接到一个市售脑-机接口上,人类实验对象便能够通过集中注意力来将植入的LED光源打开或关掉,并能通过这种方式控制小鼠某一特定基因的表达。

虽然该装置离临床应用还差很远,但这项研究说明,人们对在治疗方面使用所谓的“光遗传装置”(它们可以利用光来控制生物过程)越来越有兴趣。还需要进一步的研究来全面探讨将合成生物学和控制论相结合的潜在应用,但作者希望今后基于这一设计的装置可以让“闭锁综合症”患者来自己服用止痛药。

原文标题:Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenetic designer cell implant

原文摘要:Synthetic devices for traceless remote control of gene expression may provide new treatment opportunities in future gene- and cell-based therapies. Here we report the design of a synthetic mind-controlled gene switch that enables human brain activities and mental states to wirelessly programme the transgene expression in human cells. An electroencephalography (EEG)-based brain–computer interface (BCI) processing mental state-specific brain waves programs an inductively linked wireless-powered optogenetic implant containing designer cells engineered for near-infrared (NIR) light-adjustable expression of the human glycoprotein ​SEAP (​secreted alkaline phosphatase). The synthetic optogenetic signalling pathway interfacing the BCI with target gene expression consists of an engineered NIR light-activated bacterial diguanylate cyclase (DGCL) producing the orthogonal second messenger ​cyclic diguanosine monophosphate (​c-di-GMP), which triggers the ​stimulator of interferon genes (​STING)-dependent induction of synthetic ​interferon-β promoters. Humans generating different mental states (biofeedback control, concentration, meditation) can differentially control ​SEAP production of the designer cells in culture and of subcutaneous wireless-powered optogenetic implants in mice.

原文地址:http://www.nature.com/ncomms/2014/141111/ncomms6392/full/ncomms6392.html

来源: Nature Communications 浏览次数:149

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