一种新的AAV载体系统：OptoAAV

研究人员开发了一种新技术，可以利用光学遥控将遗传信息转移到目标细胞中。为了做到这一点，他们设计了一种名为OptoAAV的AAV载体系统，该系统允许在与细胞兼容的红光照明下，将可调节和空间分辨的基因转移到单细胞分辨率。利用这个系统，目标基因可以以可控的方式引入到单个细胞中。

　　

大约80年前，也就是1944年，艾弗里、麦克劳德和麦卡蒂进行了一个开创性的实验，以确定DNA是“转化原理”。从那时起，以可控的方式向目标细胞传递遗传信息的方法的发展成为分子生物学和基因工程的支柱。然而，迄今为止发展起来的技术大多是非特异性的，因此很难控制哪个细胞会或不会吸收基因。如今，将高效的基因转移到选定细胞的实验往往有一些限制，如需要复杂的设备、低通量、高侵袭性或脱靶病毒摄取的副作用。

现在，来自弗莱堡大学(University of Freiburg)综合生物信号研究中心(CIBSS)的一组研究人员开发了一种新技术，使他们能够以可控的方式引入目标基因，从而控制选定的单个细胞的过程。他们设计了一个腺相关病毒(AAV)载体系统，在细胞相容的红光照射下将遗传信息转移到原生靶细胞。

这项工作发表在《科学进展》的一篇论文中，题为“Spatiotemporally confined red light-controlled gene delivery at single-cell resolution using adeno-associated viral vectors”。

在他们的新方法中，遗传信息是通过光学遥控引入的。因此，只有被红光照射的细胞才能获得所需的基因。为了做到这一点，科学家们修改了一种已经在临床使用的AAV载体。“我们剥夺了病毒载体与细胞对接的能力，”马克西米兰·H?rner博士解释说:“这是引入遗传物质之前的一个重要步骤。”

为了实现这种光控制，研究人员从拟南芥(thale crealiana)中获取了一个红光感光系统。该系统由两种蛋白质PhyB和PIF组成，当PhyB被红光照射时，它们就会相互结合。弗莱堡研究小组将蛋白质PIF放置在病毒载体表面，并对另一种蛋白质PhyB进行修饰，使其能够与人类细胞结合。一旦这种被称为OptoAAV的经过修饰的载体与细胞结合蛋白一起放入细胞培养液中，该蛋白就会与所有细胞结合。“如果一个被选择的细胞现在被红光照射，修饰过的载体可以与这个细胞结合，并将目标基因引入被照射的细胞，”H?科解释说。作者写道，这种OptoAAV系统允许可调节和空间分辨的基因转移到单细胞分辨率，并且与不同的细胞系和原代细胞兼容。

这种新方法允许研究人员将目标基因引入到组织培养所需的细胞中。科学家们还成功地照亮了组织培养在不同的位置，从而使不同的基因有针对性地引入到不同的细胞培养。有了这项技术，现在可以在单个细胞中控制所需的过程。这对于理解单个细胞如何与其周围环境中的细胞进行交流是至关重要的，例如，如何控制一个器官的发育或再生。德国弗莱堡大学(University of Freiburg)合成生物学教授威尔弗里德·韦伯(Wilfried Weber)博士说:“随着这些病毒载体在治疗领域的应用越来越广泛，我们认为这项新技术有可能使这种生物医学应用更加精确。”