Nature人物:华东理工杨弋

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2012年03月16日 来源:生物通

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  3月《Nature Methods》特别介绍了一位来自中国的青年科学家:华东理工大学药学院及国家生物反应器工程重点实验室特聘教授杨弋,杨弋教授早年毕业于清华大学,2006年回国受聘于华东理工大学。近期其研究组在Nature Methods上发表文章,成功开发出一种简单、稳定、容易使用的光调控基因表达系统。这项研究吸引了大家的关注,对此Nature Methods还特别介绍了杨弋教授,讲述了其中的背景故事。

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生物通报道:3月《Nature Methods》特别介绍了一位来自中国的青年科学家:华东理工大学药学院及国家生物反应器工程重点实验室特聘教授杨弋,杨弋教授早年毕业于清华大学,2006年回国受聘于华东理工大学。近期其研究组在Nature Methods上发表文章,成功开发出一种简单、稳定、容易使用的光调控基因表达系统。这项研究吸引了大家的关注,对此Nature Methods还特别介绍了杨弋教授,讲述了其中的背景故事。

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寻找灵感

在杨弋教授刚回国时,学校领导就表示希望他能找到一些创新性发展方向。生物化学工程学研究的标准方法是在包含有额外抗体和激素的生物反应器中操控细胞。但杨弋希望能摆脱这些添加物质的束缚,因为这些很难校准,而且会造成污染。

最终杨弋从他自己的业余爱好中获得了灵感——他是一位天文学业余爱好者,因此当他决定要尝试操控基因表达的时候,他选择了解构显微镜中的透镜和反射镜,利用光来诱导基因表达。杨弋说,光学方法比化学添加方法的优势十分明显,“光易于调控,即生态又经济。”

杨弋之前的专业是蛋白工程学,为了能实现这一目标,他刻苦钻研,常常研究分析科学文献中有关光诱导基因表达的论文。他希望能获得一种易于操作并有效的系统,这种系统他认为应该是由一个单基因调控,并且无需额外添加化学物质。

他回忆说,特别是有一天晚上令他印象深刻:他在文献中找到一种丝状真菌的蛋白,能在蓝光的照射下显著增加分子质量。“我眼前一亮,意识到这说明出现了二聚体”。这种二聚体形式能将与DNA结合并不紧密的蛋白,通过两个蛋白结合,变成与DNA结合紧密的结构。当杨弋继续往下读时,他发现这个蛋白还具有其它合适的特征,比如易于靶向引导到细胞核,只需要少量光就能激活二聚体反应。因此杨弋认识到这一系统将可以用到比生物反应器更广泛的领域里去。

实验困难

但是由于杨弋的实验室被关闭,因此他不得不等待了一段时间,之后他将这一想法告诉了他的研究生,Nature Methods这篇文章的第一作者:王雪(Xue Wang),“她很快就理解了这一想法,着手开始干”,杨弋回忆道。

不久杨弋和他的学生就进行了第一次实验,虽然光操控基因表达的效果不强,但是却真实存在,“我们感到惊讶,也觉得很幸运”。之后研究组开始了漫长的优化阶段,杨弋将之前找到的蛋白:VIVID整合到了了解的比较清楚的GAL4系统中,后者是一种利用酵母蛋白激活转录的系统,这一系统包含有启动子,光传感元件,DNA结合结构域,以及基因激活结构域等组成部分,每一个部分都需要进行大量的改进。

最令人苦恼的部分就是激活结构域,这是能结合到序列上,开启基因表达的蛋白的一部分,最初这一结构域在强启动子的作用下,也只能开启仅仅1%的表达。杨弋和他的学生进行了多次遗传改造和筛选实验,最终找到了一种简单的解决方法——他们换了一个激活结构域,这样光诱导基因表达提高了100倍。(生物通:张迪)

下篇:

LightOn:一种全新的光激活操控系统

原文首段:

The author file: Yi Yang

When Yi Yang was recruited back to China to build better bioreactors for making drugs and industrial chemicals, school officials asked him to look for unusual strategies. For biochemical engineering, standard tools to control cells in a bioreactor involve adding antibiotics and hormones. Yang's goal was to get away from such additives, which are difficult to calibrate and can pollute the environment.

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