美國北卡羅來納州達勒姆市杜克大學的研究人員修改了一種通過光開關就可以激活實驗室培養皿裏特定位置或者樣式的基因，這主要是通過將細菌的病毒防禦系統與花朵對光的反應相結合來實現的。具備利用光激活任何位置基因的能力使得研究人員可以更好地調查基因的功能，創造複雜的系統來培育組織，甚至可能最終實現科幻小説裏出現的治癒技術。
未來也許朝傷口上照射光，傷口就可以癒合
這項由杜克大學生物醫學工程助理教授查爾斯•格斯巴赫（Charles Gersbach）帶領進行的研究被髮表在2月9日的期刊《自然化學生物學》上。“這項技術使得科學家可以挑選染色體上任意基因並利用光開關這一基因，這具有轉換基因工程產物的潛力。”研究首席作者、杜克大學博士研究生勞倫•珀爾施泰（Lauren Polstein）這樣説道。“利用光操縱的優勢在於我們可以快速和輕易的控制基因開關，且基因被激活的程度取決於光的強度。我們還可以通過將光以特定樣式照射來控制開啓基因的區域，例如讓光通過一個模板。”
最新的技術利用了名為CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)的基因工程系統來控制特定基因，後者是最新出現的一種由RNA指導的Cas9核酸酶對靶向基因進行編輯的技術。研究人員借鑑了細菌用於確定病毒入侵者並分割DNA的系統，從而精確的將特定遺傳序列作為目標。隨後杜克大學的科學家們利用進化樹上的另一個分支來實現系統的光激活。
在很多植物裏，光的出現會導致兩個蛋白質鎖定在一起，這使得植物能夠感知日照時間，後者會決定很多生物功能，例如開花。通過將CRISPR/Cas9系統依附在其中一個這樣的蛋白質上，研究小組能夠通過朝細胞照射藍色光來開啓或關閉好幾個不同的基因。
“植物裏光敏感的相互作用的蛋白質是彼此獨立存在的，” 格斯巴赫解釋道。“我們所做的就是將兩者結合。這是建立在我們以及其它科研人員開發的相似系統之上，但是因為我們現在是利用CRISPR來定位特定基因，它比其它技術更簡單、更快速且更廉價。” 格斯巴赫設想了這種光激活、基因調節系統的一系列潛在的廣泛應用。
研究人員可以緊密和精確的控制一個基因在染色體DNA裏自然位置的活動程度，這使得他們能夠獲得有關這一基因作用更精確的解譯。這個光誘發的系統還可以更好的控制幹細胞培養是如何分化成不同類型的組織。通過創造不同樣式的基因表達，格斯巴赫希望這一系統可以被用於組織工程學。
“組織工程學的侷限性之一在於典型的方法會使用一大塊骨頭、軟骨或者肌肉，但這並不是組織的自然狀態，” 格斯巴赫解釋道。“正常組織裏會有好幾種細胞類型混合在一起，界面之間有很多組織成分，還有滲透其中的血管和神經元。我們希望從空間上控制細胞羣體裏不同組織形成的區域，這種方法可以創造多組織構建物，潛在的更好地體現正常生理機能。”光誘發基因工程還有很多可以被應用的領域。
“其中一種可能性就是透過皮膚照亮細胞，從而控制細胞活動，例如培養血管或者組織再生，” 格斯巴赫説道。“更進一步，你甚至可以設想某些出現在電影《星際迷航》裏的設備，你朝傷口上照射光，傷口就可以癒合。很明顯這在目前是不可能的，但允許我們更好的控制生物系統的技術能夠引導我們在這個方向向前發展。”
這項研究得到了國家衞生研究院主任創新獎、美國國家科學基金會教師早期職業生涯發展獎、國家衞生研究院基金和美國心臟協會的科學家發展基金的基金支持。
