科學家創造出帶有人類肌肉基因的酵母

生物技術專家Pascale Daran-Lapujade及其代爾夫特理工大學的團隊成功地將人類肌肉基因插入到麵包酵母的DNA中。這是科學家們首次有效地將人類的一個關鍵特徵插入到酵母細胞中。他們的研究已於最近發表在《Cell Reports》上。

科學家創造出帶有人類肌肉基因的酵母

Daran-Lapujade的實驗室向酵母細胞引入了一種特性,這種特性由人類無法離開的10個基因集合所調控;它們攜帶着一種被稱為代謝途徑的過程的藍圖,這種代謝途徑分解糖來收集能量並在肌肉細胞內產生細胞構建塊。由於這一機制涉及許多疾病–包括癌症,所以修改後的酵母可以用於醫學研究。

Daran-Lapujade說道:“現在我們了解了整個過程,醫學家們可以將這種人性化的酵母模型作為藥物篩選和癌症研究的工具。”

人類和酵母是相似的

根據Daran-Lapujade的說法,酵母和人類之間有很多相似之處。“這似乎很奇怪,因為酵母是以單細胞形式生存的,而人類由一個複雜得多的系統組成,但細胞的運作方式非常相似。”

因此,科學家們經常將人類基因轉移到酵母中。因為酵母除去了人體中可能存在的所有其他相互作用,它創造了一個乾淨的環境,研究人員可以在其中分析一個單一的過程。

Daran-Lapujade指出:“跟人體細胞或組織相比,酵母是一種神奇的生物體,因為它的生長簡單且它的遺傳易得性:它的DNA可以很容易地被修改以解決基本問題。許多關鍵性的發現如細胞分裂周期都是由於酵母而被闡明的。”

人性化的酵母

Daran-group Lapujade’s之前成功地設計了人工染色體,其被作為一個DNA平台運作以在酵母中構建新功能。他們想測試一下,加入幾個人類基因和完整的代謝途徑,他們能走多遠,細胞是否還能作為一個整體運作。

“如果我們把控制人類肌肉的糖分消耗和能量生產的同一組基因加入到酵母中會怎麼樣?”Daran-Lapujade提問道,“我們能在酵母中把這樣一個重要而複雜的功能人性化嗎?”

對於博士生和共同第一作者Francine Boonekamp和Ewout Knibbe來說,工程化的酵母出奇地簡單。“我們不只是將人類基因移植到酵母中,我們還刪除了相應的酵母基因並用人類肌肉基因完全取代它們。你可能認為你不可能將酵母的版本跟人類的版本進行交換,因為在人類和酵母細胞中,這是一個如此特殊和嚴格調節的過程。但它像一個魅力一樣發揮作用!”Daran-Lapujade解說道。

進一步的人性化

通過跟Barbara Bakker教授的實驗室(格羅寧根大學醫學中心)的合作,研究人員利用了實驗室培養的人類組織細胞以比較了人類基因在酵母中的表達和在原生人類肌肉環境中的表達。在酵母中產生的人類酶和在其原生人類細胞中產生的人類酶的特性非常相似,這支持了新的人源化酵母作為人類細胞模型的價值。

這一個過程只是人類新陳代謝的一小部分。酵母和人類細胞之間還有許多類似的過程,可以在人源化酵母中進行研究。雖然Daran-Lapujade專註於工程酵母的基礎和技術方面,因此不打算自己研究人源化酵母的應用,但她希望跟其他有興趣使用該工具的科學家進行合作。

“這只是一個起點,我們可以進一步使酵母人性化,一步一步地在酵母中建立起更複雜的人類環境,”她說道。