中新社深圳3月19日電 (記者 索有為)中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院19日發(fā)布消息稱(chēng)，該院研究員鐘超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出基于重組酶的可編程細(xì)胞分化與比例控制平臺(tái)，可通過(guò)“預(yù)設(shè)規(guī)則”讓單一祖細(xì)胞自主生成多種子代細(xì)胞，并能定量調(diào)控該細(xì)胞的分化比例和順序。
該平臺(tái)有望為活體材料、類(lèi)器官構(gòu)建、智能生物制造等領(lǐng)域提供新的技術(shù)路徑。相關(guān)研究成果當(dāng)日發(fā)表在《自然》雜志上。
合成基因線(xiàn)路通過(guò)重組酶開(kāi)關(guān)和反饋控制，對(duì)細(xì)胞群體比例進(jìn)行程序化調(diào)控。(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院供圖)過(guò)去，合成生物學(xué)雖在一定程度上能調(diào)控細(xì)胞行為，但當(dāng)細(xì)胞類(lèi)型增多時(shí)，系統(tǒng)復(fù)雜度會(huì)迅速上升，同時(shí)也缺乏對(duì)子代細(xì)胞比例的精準(zhǔn)控制。如何讓細(xì)胞“會(huì)分化”“按比例分化”，一直是該領(lǐng)域難題?；诖?，研究團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)出一套能夠引導(dǎo)細(xì)胞“分岔選擇”的分化裝置，當(dāng)誘導(dǎo)信號(hào)出現(xiàn)后，細(xì)胞會(huì)沿不同路徑分化，最終形成兩類(lèi)不同“命運(yùn)”的子代。
為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，團(tuán)隊(duì)對(duì)這一裝置進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，最終將子代細(xì)胞的比例調(diào)控范圍拓展到約0.1%至99.9%。據(jù)此，團(tuán)隊(duì)建立的數(shù)學(xué)模型可根據(jù)已設(shè)計(jì)的“開(kāi)關(guān)”結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)最終細(xì)胞的比例。這意味著細(xì)胞分化從過(guò)去更依賴(lài)試驗(yàn)摸索，開(kāi)始走向“可設(shè)計(jì)、可預(yù)測(cè)”。
在進(jìn)一步研究中，研究團(tuán)隊(duì)將系列技術(shù)整合成一種基于重組酶的可編程細(xì)胞分化與比例控制平臺(tái)。在該平臺(tái)，研究人員不僅能夠調(diào)控細(xì)胞分化結(jié)果，還能夠進(jìn)一步設(shè)計(jì)細(xì)胞之間比例關(guān)系和分工方式。
研究團(tuán)隊(duì)在將該平臺(tái)用于纖維素降解中時(shí)發(fā)現(xiàn)，平臺(tái)不僅能夠讓細(xì)胞“分出來(lái)”，還能讓細(xì)胞“分工合作”，進(jìn)一步展現(xiàn)出定量合成生物學(xué)在復(fù)雜細(xì)胞群體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用潛力。
研究團(tuán)隊(duì)表示，將繼續(xù)提升該平臺(tái)的穩(wěn)定性、精度和可擴(kuò)展性，并進(jìn)一步引入細(xì)胞“對(duì)話(huà)”、自反饋調(diào)控和環(huán)境響應(yīng)模塊，推動(dòng)其在工程活體材料、類(lèi)器官構(gòu)建、組織工程和智能治療系統(tǒng)中的應(yīng)用驗(yàn)證。(完)