西北大学开发的一种新的合成生物学工具包将帮助研究人员设计具有新功能的哺乳动物细胞。

该工具包称为可组合的哺乳动物转录要素(COMET)，包括一组合成的转录因子和启动子，可以以前所未有的方式设计和调整基因表达程序。结果可能是针对难治性疾病(例如癌症)的新疗法。

“我们的长期目标是使生物工程师能够建立可定制的基于细胞的疗法，并将设计目标简化到遗传程序中，这需要合适的生物部分。建立这种COMET工具包是朝着使我们真正设计哺乳动物细胞新功能迈出的重要一步。 ”，西北大学麦考密克工程学院化学与生物工程副教授Josh Leonard说道。他还是西北合成生物学中心的成员。

结果发表在2月7日的“自然通讯”杂志上。

创造新技术来调整细胞

合成生物学研究人员希望通过改变细胞的DNA来重新编程，以赋予它们新的功能。尽管研究人员已经成功地对细菌细胞的DNA进行了重新编程，以创建新的疗法和化学药品，但由于其复杂的基础生物学，目前哺乳动物细胞的修饰更加困难。

像CRISPR-Cas9这样的强大工具可以编辑这些细胞内的单个基因，但是这些工具不允许研究人员轻易创建更细微的，复杂的功能，这些功能需要引入并经常对新型遗传网络进行微调。

伦纳德(Leonard)和他的团队对开发基于细胞的疗法感兴趣-像重编程的细胞可以在体内找到肿瘤并在疾病部位治疗癌症-但意识到他们需要开发一种工具包来构建许多可以最有用。即使在如此复杂的系统中，该领域的最新进展也为鉴定理想的治疗功能铺平了道路，而关键的挑战是弄清楚如何修饰细胞以完成这些任务。

“我们开发的疗法需要复杂的技术，”伦纳德实验室的研究生，该论文的第一作者帕特里克·多纳休(Patrick Donahue)说。“有机会开发一种这样的技术来扩展我们可以在哺乳动物细胞中实现的功能。因此，当我开始攻读博士学位时，我们坐下来问：'我们希望在转录工程工具包中具有什么特征?” ”

一个新的图书馆来推动这一领域

然后，该小组致力于开发一个启动子和转录因子文库(将DNA复制到RNA中)，以实现基因表达的设计和调整。作者对这些组件以及它们如何协同工作进行了表征，以实现基因表达水平的精确调节。他们还开发了解释该系统如何工作的数学模型。