電気遺伝学の研究により、いつかウェアラブルで遺伝子を制御できることが判明

コンポーネントは、ショッピングとスパの休暇の余韻のように聞こえます。単三電池 3 本です。電気鍼が2本。通常、電池式フェアリーライトに取り付けられる 1 つのプラスチック製ホルダー。しかし、それらは一緒になって、家庭用電池を使用して細胞内の遺伝子発現を制御する強力な刺激装置に統合されます。

このアイデアは突飛なように思えますが、今週の Nature Metabolism 誌に掲載された新しい研究で、それが可能であることが示されました。チューリッヒ工科大学とスイスのバーゼル大学のマーティン・フッセネッガー博士が率いる研究チームは、直流電気をバッテリーまたはポータブルバッテリーバンクの形で使用して、マウスのヒト細胞の遺伝子をオンにするシステムを開発した。文字通りスイッチを入れるだけで。

明確にしておきますが、バッテリーパックは生体内での人間の遺伝子を調節することはできません。今のところ、生きた細胞に挿入された研究室で作られた遺伝子に対してのみ機能します。しかし、インターフェースはすでに影響を及ぼしています。概念実証テストで、科学者らは遺伝子操作されたヒト細胞を 1 型糖尿病のマウスに移植しました。これらの細胞は通常は沈黙していますが、電気ザップで活性化するとインスリンを送り出すことができます。

研究チームは鍼を使って1日10秒間トリガーを与えたところ、マウスの血糖値は1カ月以内に正常に戻った。げっ歯類は、通常は困難な外部インスリンを必要とせずに、大量の食事の後に血糖値を管理する能力さえ取り戻しました。

「電気遺伝学」と呼ばれるこれらのインターフェースはまだ初期段階にあります。しかしチームは、代謝疾患や潜在的に他の疾患の治療法を直接導くウェアラブルの可能性に特に興奮している。この設定に必要な電力は非常に少ないため、単三電池 3 本で 5 年間以上、毎日のインスリン注射を開始できる可能性があると研究者らは述べています。

この研究は、体のアナログ制御（遺伝子発現）をスマートフォンアプリなどのデジタルおよびプログラム可能なソフトウェアと結び付ける最新の研究である。このシステムは「それほど遠くない将来にウェアラブルによる遺伝子制御を可能にするミッシングリンクを象徴する飛躍的な進歩だ」と研究チームは述べている。

遺伝子発現はアナログ的に機能します。 DNA には 4 つの遺伝文字 (A、T、C、G) があり、コンピューターの 0 と 1 を思い出させます。しかし、遺伝コードはタンパク質に翻訳されない限り、生命を構築したり制御したりすることはできません。遺伝子発現と呼ばれるこのプロセスでは、数十の生体分子が動員され、それぞれが他の分子によって制御されます。あらゆる遺伝子回路の「更新」は進化によって引き起こされ、その進化は非常に長い時間スケールで作用します。生物学のハンドブックは強力ではありますが、必ずしも効率的であるとは言えません。

合成生物学に参入します。この分野では、新しい遺伝子を組み立て、細胞を利用して、機械のロジックを使用して複雑な回路を形成または再配線します。初期の実験では、合成回路が通常は癌、感染症、痛みを引き起こす生物学的プロセスを制御できることが示されました。しかし、それらを活性化するには、多くの場合、これらのシステムをアナログ生物学的コンピューティングの領域に保つためのトリガーとしての分子（抗生物質、ビタミン、食品添加物、またはその他の分子）が必要です。

ニューラルインターフェイスは、アナログコンピューティングシステムであるニューラルネットワークとデジタルコンピューターの間の溝をすでに埋めています。合成生物学でも同じことができるでしょうか?

チームのソリューションは、DC 作動制御技術 (DART) です。

セットアップの仕組みは次のとおりです。その中心となるのは、老化や組織の磨耗を引き起こす悪者として知られる活性酸素種 (ROS) です。ただし、私たちの体は通常、代謝プロセス中にこれらの分子を生成します。

分子へのダメージを最小限に抑えるために、ROS レベルを測定する天然タンパク質バイオセンサーを備えています。バイオセンサーは、NRF2 と呼ばれるタンパク質と密接に連携します。カップルは通常、ほとんどの遺伝物質から隔離された細胞のネバネバした部分でたむろしています。 ROS レベルが驚くべき速度に上昇すると、センサーは NRF2 を放出します。NRF2 は細胞の DNA 貯蔵容器である核にトンネルを作り、ROS の混乱を一掃する遺伝子を作動させます。

なぜそれが重要なのでしょうか? NRF2は、合成生物学を使用して他の遺伝子をオンにするように遺伝子操作できると著者らは説明した。これまでの一連の研究では、電気が細胞の活性化を引き起こし、遺伝子制御のために安全なレベルで ROS を排出できることが示されています。言い換えれば、電気で細胞を刺激するとROSが放出され、NRF2「秘密エージェント」が活性化され、任意の遺伝子をオンにすることができます。