來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們開發(fā)出了一個新型“指南”，可利用它來精確預(yù)測各種條件下某一特定基因生成的蛋白質(zhì)量。這一研究工作將有助于生物學(xué)家們操控細胞。研究成果發(fā)表在8月18日的《自然遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志上。

基因是在我們的細胞內(nèi)監(jiān)督我們身體形成的DNA片段。它們收到訂單生成特異的蛋白質(zhì)；這些蛋白質(zhì)是我們體內(nèi)從器官到紅細胞中血紅蛋白一切物質(zhì)的構(gòu)成元件。因此我們的基因決定了我們是什么樣子。

由基因生成蛋白質(zhì)的這一過程就稱之為基因表達，其非常的復(fù)雜，依賴于許多不同的相互關(guān)聯(lián)的因子。蛋白質(zhì)影響基因，轉(zhuǎn)而又會影響蛋白質(zhì)，直到現(xiàn)在生物學(xué)家們還沒有完全明白它是如何運作的，以及什么控制了這一系統(tǒng)。

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究生Arun Rajkumar和Nicolas Denervaud，以及研究人員Sebastian Maerkl近期闡明了這些過程。他們開發(fā)了一個基因表達指南，揭示出了蛋白質(zhì)量受到控制的機制。

基因并非簡單地“開啟”或“關(guān)閉”

每個基因的起始都有一段稱之為啟動子的DNA片段，其在蛋白質(zhì)生成中起重要的作用。當(dāng)啟動子激活時，基因會生成mRNA分子，隨后mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)生成。但基因并非只是簡單地“開啟”或“關(guān)閉”，它們生成的蛋白質(zhì)量可以有很大的差異。Maerkl實驗室的研究人員開發(fā)了一個模型闡明存在于“開啟”和“關(guān)閉”之間的所有變化。

相比于開/關(guān)按鈕，更像是調(diào)光開關(guān)

研究小組利用酵母細胞，這一用于研究人類細胞中許多過程的模式系統(tǒng)來展開了研究工作。他們生成了209種不同的啟動子，將它們整合到酵母基因組中。然后將這209種酵母菌株置于一個微流體設(shè)備中，利用熒光方法確定了209種合成啟動子每種生成的蛋白質(zhì)量?！拔覀兊捏w內(nèi)研究結(jié)果與在體外看到的相一致。這意味著我們可以開發(fā)一種計算機模型基于體外數(shù)據(jù)來預(yù)測基因的表達水平。具體來說，這項工作代表了一個‘基因表達說明手冊’，可以預(yù)測不同的啟動子結(jié)構(gòu)是如何能夠?qū)е虏煌牡鞍踪|(zhì)量的。我們證實，只需讓啟動子發(fā)生一或兩個改變就可以精細地調(diào)節(jié)啟動子的輸出量，這有點像一盞燈上的調(diào)光開關(guān)，可以設(shè)置任意的光亮度，”Maerkl教授說。

定制工程細胞即將出現(xiàn)？

Maerkl教授的研究工作適用于所有的酵母啟動子，它代表了一項重要的研究突破。因為它提供的有關(guān)生物學(xué)過程的認知，將提高我們操控細胞的能力。Maerkl教授說：“我們還只是剛剛開始了解相關(guān)的現(xiàn)象。但這項工作是有前景的。如果我們能夠更好地理解生物學(xué)，我們應(yīng)該能夠人工建造出更好操作的細胞，這些細胞更適合于生成例如生物燃料或抗瘧藥物。”