[发明专利]一种远红光调控基因表达环路控制系统及构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种远红光调控基因表达环路控制系统，包括感受远红光光源的光感受器，处理所述光感受器所传递信号的处理器，及应答所述处理器所传递信号的效应器。本发明还公开了所述远红光调控基因表达环路控制系统在治疗疾病，如糖尿病中的应用。本发明还公开了包含所述远红光调控基因表达环路控制系统的真核表达载体、工程化细胞或工程化细胞移植载体。本发明可以快速通过远红光调控基因表达，精准控制基因表达量、具有调控基因表达倍数高、高度时空特异性、强组织穿透力以及无毒副作用等特点。

技术领域

本发明涉及合成生物学、光遗传学等多学科交叉领域，具体涉及一种包括远红光调控基因表达环路控制系统及构建方法应用。

背景技术

合成生物学是以工程学理论为指导，将基因连接成网络，设计和合成各种复杂生物功能模块，让细胞来完成设计人员设想的各种任务的一门综合学科。近年来合成生物学的研究发展很快，已经在多个领域取得重大进展。尤其是在哺乳动物细胞合成生物学领域，人们设计、构建了多种可控的基因遗传电路用于诊断和治疗代谢疾病、癌症、免疫系统疾病等。

在合成生物学与疾病治疗领域中，人工精确调控基因表达的分子开关在疾病治疗中已经成为一种不可或缺的手段。目前世界上已经有很多通过人工调控诱导基因表达的系统，通过化学诱导物或物理的方法来诱导调控基因表达系统。

近年来，通过化学物质来诱导调控基因表达系统也有了很大的发展。例如维生素[Weber,W.等.,Metab Eng,2006,8(3):273-80]、氨基酸[Hartenbach,S.等.,NucleicAcids Res,2007,35(20):e136]、根皮素[Gitzinger,M.等.,Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(26):10638-43]和对羟基苯甲酸脂[Wang,H.等.,Nucleic Acids Res,2015,43(14):e91]等诱导的调控基因表达系统。这些化学诱导物本身存在一些潜在的问题，例如毒性、多效性、非特异性以及组织渗透性差等。当在体内进行诱导表达时需要向体内注射这些化学诱导剂，会对人体正常的代谢过程产生影响。此外，化学物质在诱导调控基因表达时很难做到在时空上精确调控。

相比于化学物质调控系统，物理方法诱导的调控系统因便捷性、无需体内注射药物等优势越来越受到人们的关注，包括紫外线诱导调控的“囚笼(cage)”技术[Keyes W M.等.,Trends inbiotechnology,2003,21(2):53-55]、远红外光控制热激效应诱导调控基因表达系统[KameiY.等.,Nature methods,2009,6(1):79-81]、无线电控制温度感应诱导调控基因表达系统[Stanley S A.等.,Science,2012,336(6081):604-608]等。这些通过物理的方法诱导基因表达的系统虽然也能诱导基因的表达，但是这些系统通常对细胞的毒性很大，可能会对细胞造成不可逆的伤害甚至使细胞死亡，并且涉及的一些设备装置较昂贵且操作复杂；另外这些系统在应用方面有很大的局限性，会对身体产生巨大的伤害。