美国怀特海德生物医学研究所的科学家近日宣布,他们成功将基因重组过程中所需病毒的数量从4个减少到1个,从而极大简化了诱导多能干细胞(iPS)的生成过程。这一突破有望为帕金森病、糖尿病等多种疾病的治疗提供更安全的细胞来源。
在早期研究中,科学家需要使用4个独立的病毒将基因转移到细胞的DNA中,每个病毒对应一个重组基因:Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4。这些基因被激活后,能够将成体细胞重编程为类似胚胎干细胞的状态。然而,使用4个病毒存在显著风险:病毒可能将DNA随机插入细胞基因组,从而激活致癌基因,因此寻找更安全的替代方法至关重要。
在怀特海德研究所工作的麻省理工学院研究生布莱斯·凯里率先尝试将4个重组基因通过含有2A肽编码序列的DNA串联起来,构建成多顺反子载体。该载体被包装成单一病毒,感染细胞后能够同时表达所有4种重组基因。当细胞的蛋白质合成机器识别串联基因的DNA后,开始生产蛋白质。在识别两个基因之间的2A肽DNA时,机器会短暂停顿,释放第一个基因的蛋白质,然后继续翻译第二个基因,如此重复,直至所有4种蛋白质均被合成。
利用这一串联基因策略,凯里成功获得了仅含单一多顺反子载体的iPS细胞,取代了多种病毒的混合使用。这一进展表明,如果与其他技术如基因靶向结合,该途径可能更加安全。然而,研究人员也发现,新方法的效率比传统方法低约100倍,他们正在调查原因。