麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法，利用基于CRISPR蛋白的方法精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质的数量。这项技术可用于精确调整有用蛋白质的生产，包括用于治疗癌症和其他疾病的单克隆抗体。它也可以精确校准细胞行为的其他方面。

利用基于CRISPR基因编辑系统的方法，麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法，可以精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质的数量。资料来源：Matthew Daniels，由麻省理工学院新闻网

在他们的新研究中，研究人员显示，这个系统可以在各种哺乳动物细胞中工作，且结果非常一致。描述这些结果的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。

"这是一个高度可预测的系统，我们可以预先设计，然后得到预期的结果，"前麻省理工学院研究科学家William C.W. Chen说。"这是一个非常可调整的系统，适用于不同类型细胞的许多不同的生物医学应用"。

现在是南达科他大学生物医学科学助理教授的Chen是这项新研究的主要作者之一，同时还有前麻省理工学院研究科学家Leonid Gaidukov和博士后Yong Lai。高级作者Timothy Lu作为麻省理工学院生物工程和电气工程及计算机科学副教授领导了这项研究。

基因控制

许多治疗性蛋白质，包括单克隆抗体都是在含有哺乳动物细胞的大型生物反应器中生产的，这些细胞被设计用来产生所需的蛋白质。几年前，麻省理工学院合成生物学中心的研究人员，包括Lu的实验室，开始与辉瑞公司合作开展一个项目，开发可用于促进这些有用蛋白质生产的合成生物学工具。

为了做到这一点，研究人员瞄准了他们想要调高的基因的启动子。在所有的哺乳动物细胞中，基因有一个与转录因子结合的启动子区域--启动基因转录为信使RNA的蛋白质。

在以前的工作中，科学家们设计了合成的转录因子，包括称为锌指的蛋白质结构模体，以帮助激活目标基因。然而，锌指和大多数其他类型的合成转录因子必须为它们所针对的每个基因重新设计，这使得它们的开发具有挑战性和耗费时间。

2013年，Lu实验室的研究人员开发了一种基于CRISPR的转录因子，使他们能够更容易地控制哺乳动物和酵母细胞中自然发生的基因的转录。在新的研究中，研究人员着手在这项工作的基础上创建一个合成生物部件库，使他们能够传递转基因--一种细胞通常不表达的基因--并精确控制其表达。

Chen说："我们的想法是拥有一个全谱系的合成启动子系统，可以从非常低的水平到非常高的水平，以适应不同的细胞应用。"

研究人员设计的系统包括几个部分。一个是要转录的基因，以及一个"操作者"序列，它由一系列人工转录因子结合点组成。另一个组成部分是引导RNA，它与这些操作者序列结合。最后，该系统还包括一个连接到停用的Cas9蛋白的转录激活域。当这种失活的Cas9蛋白与合成启动子位点的引导RNA结合时，基于CRISPR的转录因子可以开启基因表达。

用于该合成系统的启动子位点被设计成与自然发生的启动子位点不同，因此该系统不会影响细胞自身基因组中的基因。每个操作者包括2到16个拷贝的引导RNA结合位点，研究人员发现他们的系统可以以与结合位点数量线性对应的速率启动基因转录，使他们能够精确控制产生的蛋白质数量。

高度一致性

研究人员在几种类型的哺乳动物细胞中测试了他们的系统，包括中国仓鼠卵巢(CHO)细胞，这些细胞通常用于在工业生物反应器中生产治疗性蛋白质。他们发现在CHO细胞和他们测试的其他细胞中的结果非常相似，包括小鼠和大鼠的肌细胞(肌肉细胞的前体)、人类胚胎肾细胞和人类诱导多能干细胞。

Chen说："该系统在不同的细胞类型和不同的目标基因上具有非常高的一致性。这是一个很好的起点，可以考虑用一个高度可调整、可预测的人工系统来调控基因表达和细胞行为。"

在首先证明他们可以使用新系统诱导细胞产生预期数量的荧光蛋白之后，研究人员表明他们还可以用它来编程生产一种被称为JUG444的单克隆抗体的两个主要部分。

研究人员还对CHO细胞进行编程，使其产生不同数量的称为抗PD1的人类抗体。当人类T细胞接触到这些细胞时，如果产生的抗体数量较多，它们会成为更有力的肿瘤细胞杀手。

他们说，尽管研究人员能够获得所需抗体的高产量，但要将这一系统纳入工业流程，还需要进一步努力。与工业生物反应器中使用的细胞不同，这项研究中使用的细胞是生长在一个平面上，而不是在液体悬浮液中。"这是一个有希望用于工业应用的系统，但首先我们必须将其改造成悬浮细胞，看看它们是否能制造出同样的蛋白质。"