科学家首次将人类人工染色体成功植入老鼠体内

2013-07-14 22:53 · Eileen

美国和日本科学家在实验室用化合物全人工合成“人类人工染色体”( HAC ),并将其成功植入老鼠体内,印证这种人工制造的小型人类染色体,他日可应用于全新形式的基因治疗。

合成生物学发展迅速,美国和日本科学家,不只已成功在实验室用化合物全人工合成“人类人工染色体”(human artificial chromosomes, HAC ),更已成功植入老鼠体内,令实验鼠每个细胞都带有 HAC ,印证这种人工制造的小型人类染色体,他日可应用于全新形式的基因治疗,充当健康基因的运载工具,植入病人体内以改正有缺陷的基因。

染色体是细胞内具有遗传性质的物体,由双螺旋状的脱氧核糖核酸(DNA)分子缠绕而成,当中载有遗传密码的化学结构叫碱基对。人类细胞有46条染色体,科学家近年研究用人工方法制造第47条染色体,碱基对数目远少于天然染色体,用作运载某些基因进入人类细胞的工具,以便研究基因功能和作用。

在动物体内正常运作

制造 HAC 有两种方法,第一是将天然人类染色体剪短,第二是在实验室用化合物人工合成,美日科学家在两方面都进展良多,近期更有重大突破。

美国国家癌症研究所研究员库普赖纳(Natalay Kouprina)参与的小组,在一项未发表的研究,成功将全人工合成的 HAC ,用基因改造方法植入老鼠体内,令改造鼠每个细胞都带有 HAC ,是首次证明全合成的人类染色体,可在动物体内正常运作。


人类人工染色体基因疗法示意图

库普赖纳表示, HAC 可应用于基因治疗:“现时已知很多遗传病是因为某些基因异变引起……治疗概念是病人身上取出皮肤细胞,转化成干细胞,加入带有健康基因的 HAC 后,再移植​​回病人体内,借此改正基因缺陷治病。”

她表示,现时发展的主流基因疗法,是要在天然染色体之中插入健康的基因,却控制不了插入位置,很多时会落在不理想的位置,影响疗效之余,更可能破坏基因组成,弊多于利,把健康基因附在额外加插的人工染色体,就没有这问题:“一般基因疗法是用病毒之类的载体,将基因加插入天然染色体内,可能会干扰其他染色体正常运作, HAC 则不会干扰基因组其他部份。”

她续说:“很明显,利用 HAC 作载体治疗基因疾病,还有很长的路要走,但潜力很大,有很多潜在好处,是个很刺激的科学探索范畴。”

拟制造全合成生物

英国科学家指 HAC 属额外和较小型的人工染色体,虽离人工合成整条人类染色体,尚有大段距离,但一涉“人类”和“人工”这两个敏感领域,在英国研究,恐难通过道德审批。

英国科学家另辟蹊径,参与人工合成酵母染色体的多国计划,目标是在2018年人工合成出酵母菌的全部16条染色体,注入空的酵母细胞,制造首个有复杂基因组的全合成生物,最终目标是完全掌握和随意改造酵母的基因,把酵母变成“生物工厂”,制造抗体和疫苗等生物科技材料。