编辑细胞内基因组的主要障碍之一是细胞本身。
加州大学圣巴巴拉分校的化学和生物化学教授诺伯特赖克解释说：“人类细胞不喜欢吸收东西。他解释说，人类细胞已经开发了一种“垃圾处理”机制，可以分离和分解外来蛋白质和其他不需要的生物分子、病原体，甚至是受损的细胞结构。因此，对于生物技术、生物制药、基因组研究和治疗领域的人来说——比如使用《大剑师》的基因编辑器CRISPR-Cas9技术的人——结果只有他们有效绕过这种防御机制并准确引入的能力那么好。蛋白质进入动物细胞。
赖克和他的团队开发了这种方法。他们的技术估算效率是现有方法的100到1000倍，为用户提供了基因组编辑传输的完整时空控制，实际上让他们可以准确决定何时何地发布基因组编辑蛋白。
“我们实际上可以击中单个细胞，”赖克说。“我们甚至可以击中细胞的一部分，这样我们就可以将蛋白质释放到细胞的一部分。但关键是我们可以控制切割DNA的蛋白质何时何地释放。
Reich的研究小组“光触发基因组编辑：cre重组介导的近红外光基因编辑”发表在《Small》杂志上。
最近，生物技术领域取得突破性进展的一个关键点是利用基因编辑蛋白——“分子剪刀”，如本研究中的CRISPR、Cas和Cre，来发现、剪切和粘贴靶DNA序列的特定部分。最初，细菌和古细菌被用来识别攻击病毒的DNA，并将其标记为破坏的防御机制。科学家们已经开发出通过使用各种蛋白质来识别、切割和组合不同长度的碱基对序列的方法。这项技术的潜力是巨大的，从确定基因功能和识别的基础研究到可以在细胞水平修复缺陷的治疗方法。
帝国集团光触发基因组编辑的关键是涂有DNA报告链(发出红色荧光)的中空金纳米球和Cre重组酶与细胞穿透肽的蛋白融合。和近红外光。
“所以现在我们有了归巢装置和递送剂，”Reich说，他解释说，当靶细胞用细胞废物处理时，Cre重组酶和肽融合作为靶向系统发挥作用。
一旦进入细胞，纳米壳就被包裹在一个内部身体中——一个膜状的口袋，将它隔离并通过细胞运输。
“但是纳米外壳没有做任何事情，因为它们被困住了，”赖克说。超快脉冲近红外激光——对细胞无害，对组织穿透有效——然后瞄准嵌入的纳米壳及其蛋白质涂层。
“近红外波长引起了一件非常有趣的事情，”赖克说。“它会导致金纳米壳变得兴奋，它会导致我们附着的任何东西脱落。”与此同时，纳米气泡形成，在体内形成开口，让蛋白质内容物逸出。这些蛋白质现在可以自由存在于细胞核中，遗传物质储存在细胞核中，并进入细胞穿透肽。Cre可以开始寻找、切割和粘贴它的报道链。
该小组的体外实验证明是成功的：经过一段时间的培养，细胞穿透了涂有蛋白质的纳米外壳，然后用红光照射。
“我们没有设计任何东西来使细胞表现不同，”赖克说。“因为有了这种荧光蛋白，我们制造的细胞会看起来不一样。”
这篇论文的主要作者、现为洛斯阿拉莫斯国家实验室博士后研究员迪安莫拉莱斯说：“作为一种基础研究工具，每个细胞都可以通过时空控制成为一个实验。假设你想研究某些函数。以及基因如何通过其邻居改变细胞的行为。使用等离子纳米粒子作为天线，我们可以打开或关闭感兴趣的基因，并实时观察它们活动的后果。
时空控制也让使用它的人可以轻松研究DNA。研究人员承认重写它有非常强大的代际效应。
莫拉莱斯说：“在某些情况下，比如体细胞突变，并不是身体的每个细胞都需要编辑。”“控制编辑机器何时何地可以使用的能力使过程变得简单。这一点的重要性在于，目前的基因编辑方法通常会导致编辑机器在目标细胞中保持活跃，长期后果未知。我们的方法通过在短时间内提供编辑机器来避免这个问题。”
这个项目的研究也是由加州大学圣巴巴拉分校的艾琳摩根、梅根麦克亚当斯和阿曼达b慢性进行的。明尼苏达大学的郑恩信和约瑟夫扎萨津斯基。
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