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研究人員利用微生物菌種一種革命性的遺傳工程新技術(shù)：CRISPR，將從小鼠結(jié)締組織中分離出來的細(xì)胞直接轉(zhuǎn)變成了神經(jīng)元細(xì)胞。2006年發(fā)現(xiàn)了將成人結(jié)締組織細(xì)胞——成纖維細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為可分化為所有細(xì)胞類型的不成熟干細(xì)胞的方法。因在研究和醫(yī)學(xué)中顯示出的前景，這些所謂的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞讓山中伸彌僅在6年后即獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。自那以后，研究人員已發(fā)現(xiàn)了其他的一些方法讓細(xì)胞在不同類型之間轉(zhuǎn)換。這主要是通過導(dǎo)入許多額外拷貝的“主開關(guān)”基因，生成一些蛋白開啟負(fù)責(zé)生成一種特定細(xì)胞類型的整個(gè)遺傳網(wǎng)絡(luò)而做到的。
現(xiàn)在，研究人員開發(fā)出了一種策略避開了對(duì)額外基因拷貝的需求。通過利用一種改造版的CRISPR遺傳工程技術(shù)直接開啟了存在于基因組中的自然拷貝。這些早期的結(jié)果表明，新轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元細(xì)胞比采用將新基因*添加到基因組中去的方法顯示更*、更持久的轉(zhuǎn)化。這些細(xì)胞可以用來建立神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型，發(fā)現(xiàn)新療法，開發(fā)出個(gè)體化藥物，并有可能在未來實(shí)施細(xì)胞治療。
這一技術(shù)在科學(xué)和醫(yī)學(xué)上有著許多的應(yīng)用。例如，我們對(duì)于大多數(shù)人的神經(jīng)元將會(huì)如何響應(yīng)一種藥物或許會(huì)有一個(gè)大概的印象，但我們并不知道你那具有特殊遺傳學(xué)的特異性神經(jīng)元將會(huì)如何響應(yīng)藥物。取得你的大腦活組織標(biāo)本測(cè)試你的神經(jīng)元并不可取。但如果我們可以從你的手臂取得皮膚細(xì)胞，將它轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，然后用各種藥物組合來處理它，我們就可以確定一種的個(gè)體化治療。有效生成穩(wěn)定，且與你的真正神經(jīng)元具有相似遺傳編程的神經(jīng)元是一個(gè)挑戰(zhàn)。這一直是該領(lǐng)域一個(gè)重要的障礙。在上世紀(jì)50年代，英國發(fā)育生物學(xué)家提出，可以將不成熟的干細(xì)胞分化為特定成體細(xì)胞類型視作為，沿著脊形山脈一側(cè)向下滾到眾多山谷其中的一個(gè)里面。微生物菌種每一條路徑細(xì)胞都走下一個(gè)特定的斜坡，其zui終目的地的選項(xiàng)變得更加的有限。如果你想改變目的地，一種選項(xiàng)就是將細(xì)胞垂直推回到山上——這就是重編程細(xì)胞成為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞背后的想法。另一種選項(xiàng)就是將它水平向上推，直接進(jìn)入到另一個(gè)山谷中。如果你能特異地開啟所有的神經(jīng)元基因，也許你就無須回到山上。
    以往的一些方法是通過導(dǎo)入病毒，注射額外基因拷貝來生成稱作為主轉(zhuǎn)錄因子的大量蛋白做到這一點(diǎn)的。這些蛋白結(jié)合基因組中成千上萬的基因，開啟了細(xì)胞類型特定的基因網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于每種細(xì)胞類型而言都是*的。但這種方法具有一些缺點(diǎn)。不再采用一種病毒*地導(dǎo)入存在基因的新拷貝，而是提供一個(gè)暫時(shí)的信號(hào)以一種穩(wěn)定的方式來改變細(xì)胞類型將是可取的。然而，要以一種有效的方式做到這一點(diǎn)，可能需要對(duì)細(xì)胞的遺傳程序做出一些非常特異的改變。在新研究中，研究人員們采用了CRISPR來激活自然生成重要轉(zhuǎn)錄因子控制神經(jīng)元基因網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)基因，而沒有使用病毒導(dǎo)入這些基因的額外拷貝。
CRISPR是靶向和切分熟悉入侵病毒DNA的一個(gè)細(xì)菌防御系統(tǒng)的改良版本。在本案例中，這一系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整不再涉及切割。轉(zhuǎn)而，識(shí)別特定DNA的片段的機(jī)器完好無損，它與一個(gè)基因激活子連接在一起。研究人員用這一CRISPR系統(tǒng)處理了實(shí)驗(yàn)室中的小鼠成纖維細(xì)胞。測(cè)試結(jié)果表明，一旦被CRISPR激活，三種神經(jīng)元主轉(zhuǎn)錄因子基因會(huì)強(qiáng)有力地激活神經(jīng)元基因。這使得成纖維細(xì)胞傳導(dǎo)了一些電信號(hào)——這是神經(jīng)元細(xì)胞的一個(gè)標(biāo)志。甚至在CRISPR激活子停止作用后，這些細(xì)胞仍保持它們的神經(jīng)元特性。當(dāng)用病毒生成的主轉(zhuǎn)錄因子沖擊細(xì)胞時(shí)， 有可能讓一些細(xì)胞表現(xiàn)得像神經(jīng)元。但如果它們已真正成為了自主運(yùn)作的神經(jīng)元，那它們不應(yīng)該需要持續(xù)存在這些外部刺激。實(shí)驗(yàn)表明，新的CRISPR技術(shù)生成的神經(jīng)元靶基因上的一種表觀遺傳程序與天然存在于小鼠腦組織中神經(jīng)元標(biāo)記相匹配。接下來將把這一方法擴(kuò)展的人類細(xì)胞中，提高這一技術(shù)的效率，嘗試清除其他的一些表觀遺傳障礙，使得它可以用于建立一些特定疾病的模型。在未來，你可以想象生成神經(jīng)元，并將它們移植到大腦中去治療帕金森病或其他神經(jīng)退行性疾病。即便我們走不到那么遠(yuǎn)，你還可以利用微生物菌種在實(shí)驗(yàn)室做許多事情，以幫助開發(fā)出更好的療法。