新技术：有针对性地将基因导入单个细胞

　　研究人员开发了一种技术，可以有针对性地将基因导入单个细胞。

　　将所需基因插入动物或人类细胞的能力是现代生命科学研究和广泛生物医学应用的基础。迄今为止用于这一目的的方法大多是非特异性的，这使得科学家很难控制哪个细胞会或不会吸收一个基因。在这种基因转移中，目标基因通常被包装成“病毒载体”，这些病毒的一部分遗传物质被目标基因取代。

　　当研究人员将这些病毒载体添加到细胞中时，这些载体将基因导入细胞。这就是目前一些SARS-CoV-2疫苗背后的原理，比如阿斯利康或强生公司的疫苗。

　　然而，很难——甚至不可能——控制目标基因进入哪个细胞，因为病毒载体往往非特异性地停靠在某一细胞类型的所有细胞上。

　　由Maximilian Hörner博士, Wolfgang Schamel和Wilfried Weber教授领导的CIBSS卓越集团-佛雷堡大学综合生物信号研究中心的一组研究人员开发了一种新技术，使他们能够以可控的方式引入靶基因，从而控制单个选定细胞的过程。研究人员在最新一期的《Science Advances》上发表了他们的研究成果。

　　在他们的新方法中，使用光学遥控器引入遗传信息。结果，只有被红光照射的细胞才能吸收所需的基因。为了做到这一点，科学家们修改了一种被称为AAV载体的病毒载体，这种载体已经在临床上使用。“我们剥夺了病毒载体与细胞对接的能力，”Hörner说。“这是引入遗传物质之前必不可少的一步。”

　　为了实现光的控制，研究人员从植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中提取了一个红光光感受器系统。这个系统由PhyB和PIF两种蛋白质组成，当PhyB被红光照射时，这两种蛋白质就会相互结合。研究小组将蛋白PIF放在病毒载体的表面，并对另一种蛋白PhyB进行修饰，使其能够与人类细胞结合。一旦这种被称为OptoAAV的修饰载体与细胞结合蛋白一起进入细胞培养，这种蛋白就会与所有细胞结合。“如果一个选定的细胞现在被红光照射，修改后的载体可以结合到这个细胞上，并将目标基因导入被照射的细胞，”Hörner说。

　　生物信号研究的一个关键方面

　　这种新方法允许研究人员将目标基因导入组织培养中所需的细胞。科学家们还成功地在不同的位置连续照亮了组织培养物，从而使不同的基因能够有针对性地导入培养物中的不同细胞。有了这项技术，现在可以在单个细胞中控制所需的过程。这对于理解单个细胞如何与其环境中的细胞进行通讯至关重要，例如，控制器官的发育或再生。“随着这些病毒载体在治疗领域的应用越来越广泛，”Weber说。“我们认为这项新技术有可能使这些生物医学应用更为精确。”