用电信号控制DNA新技术获得重要进展

基因编辑示意图。（Shutterstock）

7月31日发表在《自然》（Nature）杂志上的一项新研究称，科学家已经证明人类基因可以用电来控制，这一突破为可穿戴设备进行基因编程铺平道路，从而达到医疗干预的目的。

在这项新颖的实验中，研究人员向一个“电-基因”接口发送电流来激活目标基因，从而触发人体细胞中胰岛素的生成。未来人们可以开发此接口的多种应用，直接用电来控制人类DNA，以治疗包括糖尿病在内的多种疾病。

目前人们对可穿戴医疗设备的兴趣激增，这些设备是以健康为中心的便携式技术，例如健身追踪器、生物传感器、血压监测仪和心电图。智能可穿戴设备已成为许多医生和患者的重要工具，促使研究人员继续开发新颖平台，用于收集医疗数据乃至进行医疗干预。

现在，由苏黎世联邦理工学院分子生物学家黄金波（Jinbo Huang，音译）领导的科学家团队发明了一种以电池供电的接口，将之称为“直流电驱动调节技术”或DART，可以通过电流触发特定的基因反应。黄及其同事将该设备描述为“一次飞跃，弥补了缺失的一环，让可穿戴设备在不远的将来能够控制基因”。

研究小组表示：“电子系统和生物系统的功能方式截然不同，并且由于缺乏功能性通信接口而在很大程度上不兼容。生物系统是模拟的，由遗传基因编程，通过不断的缓慢更新，并由流过绝缘的细胞膜的离子所控制;而电子系统是数字的，由可更新的软件编程并由流经绝缘线的电子所控制。”

研究者补充说：“让电子设备可以控制基因表达的电-基因接口（Electrogenetic interface）仍然是达成电子世界和基因世界完全兼容和交互操作性所缺失的一环。”

考虑到这一点，该团队的目标在于“模拟”DNA（控制地球上所有生物生命周期的生物字母表）与构成数字技术基础的电子系统之间建立直接联系。

作为研究的一部分，小组最初在2020年发表了一篇论文，证明基因可以被电信号激活。这次改进版设计通过将人类胰腺细胞植入患有1型糖尿病的小鼠体内，简化了最初的设计。然后，研究人员使用电刺激针来开启参与调节胰岛素剂量的确切基因，胰岛素是治疗糖尿病所必需的激素（即荷尔蒙）。结果，模型小鼠的血糖浓度恢复到正常水平。

黄及其同事表示，这种对哺乳动物基因表达的电微调为“基于可穿戴设备的电控基因表达奠定了基础，有可能将医疗干预与身体互联网或物联网连接起来”。

“虽然我们选择DART控制的胰岛素生成进行概念验证，但将DART控制与各种生物药品的原位生产和剂量联系起来应该很简单。”该团队总结道，“我们相信简单的电-基因接口，例如DART，可以在功能上将生物系统与电子设备互连，为未来各种基于基因和细胞的疗法带来了巨大的希望。”