独家专访MIT合成生物学中心主任Ron Weiss:可编程mRNA对肿瘤免疫有巨大潜力 2024-06-09 07:10:23 “ 与”“或”“非”是计算机逻辑运算的核心,而生物体内 DNA、RNA 和蛋白质分子之间复杂的调控网络也有类似的逻辑,生物技术尤其是基因编辑技术的发展,使得可编辑的基因线路成为了合成生物学重要的组成部分。1961 年,F.Jacob 和 J.Monod 提出 “乳糖操纵子” 学说,并因此获得诺贝尔奖,他们解释了大肠杆菌会根据环境中是否有乳糖存在,而分泌或者不分泌酶的现象。此后越来越多的学者开始了基因调控的研究。20 世纪 90 年代,一些学者提出了基因线路(Gene Circuit)概念,用于研究基因受蛋白质、mRNA 等物质调控的关系。基因线路的表达依靠转录和翻译过程,将基因序列转化为蛋白质产物,并行使相应的功能。MIT 团队近期在 Science 杂志上发布了研究论文,介绍了一种无需基因元件,完全由蛋白质元件组成的合成生物学线路。借此机会,生辉 SynBio 邀请到了该文章的通讯作者、MIT 合成生物学中心主任 Ron Weiss 教授,与我们分享他对于基因线路和蛋白质线路的研究和见解。图丨 Ron WeissRon Weiss 是合成生物学的先驱之一,从 1996 年就开始从事合成生物学的研究,现在是 MIT 生物工程系和电气工程与计算机科学系终身教授,主要研究领域是基因线路的组装和传递、哺乳动物合成转录调控、微生物 - 机器人通信和体内生物传感器。从基因线路到蛋白质线路Ron Weiss 告诉生辉 SynBio,最早的基因线路都是在 DNA 上进行编辑操作,然后再转录成 mRNA,最终翻译成蛋白质行使特定功能。“令人兴奋的是,基因线路不仅可以编辑 DNA,还可以编辑 RNA。“而他的团队在很早之前就已经独立完成了针对 mRNA 的合成生物学编程语言的开发,可以直接编辑 mRNA,指导目的蛋白质的合成。而此次发表在 Science 上的文章也是 Ron Weiss 团队更进一步的尝试,无需在基因层面进行操作,无需等待基因的转录和翻译过程,只利用蛋白质之间的相互作用,可以在几秒钟内实现响应。研究以酵母细胞为底盘,创建了一个由来自酵母、细菌、植物和人类等不同物种的共 14 种蛋白质组成的网络。这些蛋白可以在网络中相互调节,通过磷酸化和去磷酸化过程来激活或失活另一种蛋白质,可以响应特定事件的信号。图丨蛋白质相互作用(来源:研究论文)例如,当细胞接触到山梨糖醇分子时,经过一系列反应,最终会产生荧光蛋白;而当细胞接触到异戊烯基腺嘌呤时,该线路就会被重置。此外,该线路还可以用于控制细胞的分裂过程。细胞表面受体是细胞交流的重要通道,Ron Weiss 介绍到,细胞受体有几千种,所以理论上我们能够设计出更多的蛋白质线路。而在人体内,每种细胞受体都会有对应的配体,比如一些激素、蛋白质和其他分子,这些生物大分子通常能够反映人的健康状况,所以这项研究的应用方向之一就是体内生物传感器。生辉 SynBio 询问这项技术是否能应用于 COVID-19 检测?Ron Weiss 认为,理论上是可行的,能与新冠病毒表面突刺蛋白结合的受体是 ACE2,所以可以以 ACE2 为起点,设计一系列的蛋白元件。当然,在实际场景的应用中会有一些问题,例如,由于这一过程是有细胞参与的,所以可能需要设计一些辅助仪器保证细胞的存活。Ron Weiss 还补充道,可穿戴设备也是这一技术的应用场景之一。可编程的 mRNA 药物基于蛋白质的合成生物学线路当前还处于早期研发阶段,而 Ron Weiss 的可编程 mRNA 技术已经转化落地。2017 年 Ron Weiss 和他的学生 Jake Becraft、 Tasuku Kitada 共同创立了基因疗法公司 Strand Therapeutics(以下简称 “Strand”)。Strand 的主要技术是基于 Ron Weiss 团队多年来的可编程 mRNA 技术,正在孵育比现有 mRNA 疗法特异性更高、治疗指数更广泛的长效 mRNA 疗法。图丨 Strand 联合创始人(来源:Strand)今年 6 月,Strand 在 A 轮融资中筹集了 5200 万美元,由 Redmile Group、百济神州(BeiGene)、Camford Capital、Playground Global 和 ANRI 参投。“Strand 的成立是基于我们实验室 10 余年的研究成果,原理是利用可编程的 mRNA 控制治疗性蛋白质的表达”,Ron Weiss 介绍到,“编程的 mRNA 分子可以自主识别肿瘤细胞,当被递送到肿瘤细胞里时,会产生细胞因子,激活后续治疗过程,但如果 mRNA 分子进入到非肿瘤细胞,则不会发生任何事情。““与当前 mRNA 技术的另一不同之处是,编程的 mRNA 分子可以进行自我复制。单次注射可以在单个细胞中最多产生 20 万 copies,意味着可以产生更多的治疗性蛋白质。对于癌症这类需要大量治疗性蛋白质的疾病来说,能够自我复制的 mRNA 分子能够提供更高效的治疗方案。”对于 mRNA 疫苗来说,靶向性低,半衰期短都是其痛点,而可编程的 mRNA 技术似乎也能成为一个很好的解决方式。Ron Weiss 表示,其团队也正在将可编程 mRNA 技术用于疫苗的研发。越来越多基因疗法公司的出现也证明了基因疗法市场的增长潜力,Ron Weiss 认为在合成生物学领域,医药市场还将持续增长,会有更多的玩家入局,带来新的基因技术和疗法。他还认为肿瘤免疫、类器官、再生医学和可编程组织也将会是热门领域。新研究范式Ron Weiss 表示,他从事合成生物学研究近 25 年,早期也接触过酶工程、代谢工程和生物制造领域,这些领域正在爆炸式的发展,而利用合成生物学的食品、农业和医学初创也在增多。“合成生物学正在改变众多领域的研究范式。尤其是在医学治疗和诊断方面,在肿瘤、罕见病和器官衰竭等领域,我认为整个生物学正在改变我们对待疾病的方式。”“对于这些合成生物学公司来说,如何保证竞争力?” 生辉 SynBio 问道。Ron Weiss 认为无论是食品、能源、农业还是医学等领域的研究,最开始都是从基因线路开始的,所以最重要的一点就是确保基因线路的鲁棒性,这对于科研实验结果,或者公司产品的研发和改进都十分重要。在很多情况下,即使是相对简单的基因逻辑线路也会产生巨大的影响,比如逻辑开关、2 输入和 3 输入的逻辑门等。基因逻辑控制着生物系统,因此,首先要保证基因线路的正常工作,然后再找出基因元件对应的结果参数,这些都会影响产品的交付能力。如果能够在复杂的代谢网络中,做到可以精确控制表达时间、水平和条件,这对于一家合成生物学来说就是竞争力。当前在食品、环境和农业领域都有巨大未满足的需求,而合成生物学有十分广泛应用场景,在环保领域,用工程微生物清洁环境中的有毒废物、吸收温室气体、减少环境污染;在农业领域,有基因编辑的抗逆植物和高产植物;在食品领域,有人造肉、人造奶以及其他食物。Ron Weiss 也表示十分期待这些技术的发展。 赞 (0) 相关推荐 生命源于不确定的偶然性,演化中的“噪音”造就了多样性 从猿到人的演化历程 "不确定性"可能是生命与非生命物体最根本的区别.所有非生命的东西,不管是化学系统,还是物理系统,大多是确定性的. 尽管生命在分子生物学时代被视为确定性的&q ... 活体建筑材料、微生物燃料电池、肠胃监测电子设备,材料合成生物学的潜力不止于此 12 月 23 日,麻省理工学院(MIT)海归博士后.现为中国科学院深圳先进技术研究院研究员的钟超团队与 MIT 合作者在 nature reviews materials 杂志发表了一篇综述论文,标 ... 陈根:新型植入细胞疗法,可自动感应给药 文|陈根 对生物学领域的研究来说,合成生物学产生了重要的影响.利用工程学思维和方法,合成生物学揭开了很多生命系统的调控机制,改造并扩展了一系列生物元件,带来了广泛的生物医学应用,为疾病诊断与治疗提供了 ... Nature拳头综述!钟超等人介绍系统合成生物学及未来潜在应用 合成生物学应用遗传工具来工程化活细胞和生物,类似于机器的编程.在材料合成生物学中,综合了合成生物学和材料科学的工程原理,将生命系统重新设计为具有新兴功能和可编程功能的动态响应材料. 近期上海科技大学/ ... RNA疗法离我们有多远? 39岁的卡洛斯在自己临近不惑之年的时候,患上遗传性转甲状腺素淀粉样变性病(hATTR)--一种由转甲状腺素的蛋白质的错误折叠引起的罕见疾病.这种由基因引起的遗传病会导致患者器官功能损伤,并最终导致患者 ... 梨园专访| 河南省京剧艺术中心主任孙银龙,《突围·大别山》“嫩芽儿”扮演者贺雯(上) <梨园会客厅>专访视频(上) [近期演出推荐] 由河南省京剧艺术中心(原河南省京剧院)创排并成功入选"第九届中国京剧艺术节"展演剧目--原创大型现代京剧<突围·大 ... 独家专访MIT科学家翁经科:探索植物代谢途径,瞄准新药研发,预计明年或将有多条管线进临床 从上古时代的神农尝百草,明代李时珍的<本草纲目>记载 1200 多种植物类药,再到现在全球已发现近 60000 种药用植物,其中约 28000 种具有明确记载的用途,3000 种已用于交易 ... 【独家】解放60年最大收获是什么?——专访一汽技术中心主任李骏院士 2016年7月12日,在解放卡车诞生60周年暨纪念版车型下线仪式前一天,一汽解放公司组织媒体和用户代表来到一汽技术中心走访参观.与很多老企业的研发中心类似,一汽技术中心给人的印象沉稳.庄重而又神秘.走 ... “又是”崔屹!斯坦福能源中心迎首位华裔主任,上任四大计划首次曝光 | 独家专访 当地时间 12 月 16 日,全球顶级能源中心之一的斯坦福大学普雷考特能源研究所迎来首位华裔主任崔屹. 当天,斯坦福大学官网发消息称,该校材料科学与工程系终身教授崔屹,将担任该能源中心的新任主任,履新 ... 从高分子物理到合成生物学的跨界学者:生命科学急需抽象的数学定理丨专访金帆 有这样一位研究人员,他本科毕业于应用化学系,博士获得的是高分子物理的学历,而在 2011 年回国后,他却转而从事起了微生物学的相关研究,在此期间,他又得以与合成生物学结缘并于 2017 年正式投身到了 ... 专访合生基因:利用合成生物学攻克溶瘤病毒研发难点,首个产品即将开始临床试验 早在上个世纪,人们就已经发现了某些病毒对肿瘤的治疗作用. 但在溶瘤病毒发现的早期,相关研究成果参差不齐,而且绝大多数病毒打到病人体内就被免疫系统识别和清除,能到达肿瘤部位的微乎其微:直到进入上个世纪九 ... 重磅!全球首款基于合成生物学技术的基因治疗创新药获得美国FDA临床试验许可丨首发专访 北京合生基因科技有限公司(以下简称合生基因)是中国首家致力于合成生物技术在生物医药领域应用的高新技术公司.2020 年 11 月 27 日,合生基因宣布其基于国内原创的合成生物技术开发的首款基因治疗产 ... 诺奖技术酶定向进化工程缘何成为合成生物学领域“吸金王”?丨专访瑞德林生物刘建 2018 年的诺贝尔化学奖颁给了三位生物化学专家,其中一位获奖者是美国科学家弗朗西斯・阿诺德 (Frances H. Arnold). 在科幻美剧<西部世界>中,同名为 "阿诺德 ... 专访百葵锐生物丨打造高效运作的“蛋白分子机器”,AI与合成生物学将这样改变蛋白质工程 "如何实现蛋白分子机器的高效运作呢?我们通过大数据驱动和合成生物学的综合应用来实现." 李华珍博士在接受生辉采访时这样说. 百葵锐生物是由 3 位海归组成的创始团队在 2018 年 ...