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前沿 | 科学家创造出带有人类肌肉基因的酵母

2022-08-08 09:08:46 10

生物技术专家Pascale Daran-Lapujade及其代尔夫特理工大学的团队成功地将人类肌肉基因插入到面包酵母的DNA中。这是科学家们首次有效地将人类的一个关键特征插入到酵母细胞中。他们的研究已于最近发表在《Cell Reports》上。


Daran-Lapujade的实验室向酵母细胞引入了一种特性,这种特性由人类无法离开的10个基因集合所调控;它们携带着一种被称为代谢途径的过程的蓝图,这种代谢途径分解糖来收集能量并在肌肉细胞内产生细胞构建块。由于这一机制涉及许多疾病--包括癌症,所以修改后的酵母可以用于医学研究。

Daran-Lapujade说道:“现在我们了解了整个过程,医学家们可以将这种人性化的酵母模型作为药物筛选和癌症研究的工具。”

人类和酵母是相似的

根据Daran-Lapujade的说法,酵母和人类之间有很多相似之处。“这似乎很奇怪,因为酵母是以单细胞形式生存的,而人类由一个复杂得多的系统组成,但细胞的运作方式非常相似。”

因此,科学家们经常将人类基因转移到酵母中。因为酵母除去了人体中可能存在的所有其他相互作用,它创造了一个干净的环境,研究人员可以在其中分析一个单一的过程。

Daran-Lapujade指出:“跟人体细胞或组织相比,酵母是一种神奇的生物体,因为它的生长简单且它的遗传易得性:它的DNA可以很容易地被修改以解决基本问题。许多关键性的发现如细胞分裂周期都是由于酵母而被阐明的。

人性化的酵母

Daran-group Lapujade's之前成功地设计了人工染色体,其被作为一个DNA平台运作以在酵母中构建新功能。他们想测试一下,加入几个人类基因和完整的代谢途径,他们能走多远,细胞是否还能作为一个整体运作。

“如果我们把控制人类肌肉的糖分消耗和能量生产的同一组基因加入到酵母中会怎么样?”Daran-Lapujade提问道,“我们能在酵母中把这样一个重要而复杂的功能人性化吗?”

对于博士生和共同第一作者Francine Boonekamp和Ewout Knibbe来说,工程化的酵母出奇地简单。“我们不只是将人类基因移植到酵母中,我们还删除了相应的酵母基因并用人类肌肉基因完全取代它们。你可能认为你不可能将酵母的版本跟人类的版本进行交换,因为在人类和酵母细胞中,这是一个如此特殊和严格调节的过程。但它像一个魅力一样发挥作用!”Daran-Lapujade解说道。

进一步的人性化

通过跟Barbara Bakker教授的实验室(格罗宁根大学医学中心)的合作,研究人员利用了实验室培养的人类组织细胞以比较了人类基因在酵母中的表达和在原生人类肌肉环境中的表达。在酵母中产生的人类酶和在其原生人类细胞中产生的人类酶的特性非常相似,这支持了新的人源化酵母作为人类细胞模型的价值。

这一个过程只是人类新陈代谢的一小部分。酵母和人类细胞之间还有许多类似的过程,可以在人源化酵母中进行研究。虽然Daran-Lapujade专注于工程酵母的基础和技术方面,因此不打算自己研究人源化酵母的应用,但她希望跟其他有兴趣使用该工具的科学家进行合作。

“这只是一个起点,我们可以进一步使酵母人性化,一步一步地在酵母中建立起更复杂的人类环境,”她说道。(来源:cnBeta.COM)