人類的壽命與個體細胞老化有關(guān)。3年前，美國加州大學圣地亞哥分校的一組研究人員破譯了衰老過程背后的基本機制。在確定了細胞衰老過程中遵循的兩個不同方向后，研究人員通過基因操作這些過程來延長細胞的壽命。據(jù)發(fā)表在最新一期《科學》雜志上的論文，他們現(xiàn)在利用合成生物學擴展了這項研究，設(shè)計了一種解決方案，可防止細胞達到與衰老相關(guān)的正常退化水平。
無論是植物還是動物的細胞，都含有負責包括衰老在內(nèi)的許多生理功能的基因調(diào)控回路。這些基因回路類似控制家用電器和汽車等設(shè)備的電路。
團隊發(fā)現(xiàn)，在中央基因調(diào)控回路的控制下，細胞的衰老方式并不一定相同。團隊設(shè)想了一種“智能衰老過程”，通過從一種衰老機制循環(huán)到另一種衰老機制來延長細胞壽命。
他們對控制細胞衰老的回路進行了基因重組，設(shè)計了一個負反饋回路來延緩衰老過程。重新布線的回路作為一個類似時鐘的裝置運行，被稱為基因振蕩器，它驅(qū)動細胞在兩種有害的“老化”狀態(tài)之間周期性地切換，避免細胞長期處于其中一種狀態(tài)，從而減緩了細胞的退化。
團隊用釀酒酵母細胞模擬人類細胞衰老，開發(fā)并使用了微流體和延時顯微鏡來跟蹤細胞整個壽命的老化過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常情況下老化的對照組細胞相比，經(jīng)過合成重新布線的老化細胞，其壽命延長了82%。
研究人員表示，這是首次使用合成生物學和工程學原理，重新設(shè)計基因回路并編程衰老過程，從而有效延長了壽命，創(chuàng)造了通過遺傳和化學干預延壽的新紀錄。
這項研究還表明，防止細胞走上注定的衰退和死亡之路，撥慢“衰老時鐘”是可能的，而時鐘般的基因振蕩器可能是實現(xiàn)這一目標的通用系統(tǒng)。
【總編輯圈點】
細胞衰老背后的機制究竟是什么？我們知道，細胞在其整個生命周期中都會經(jīng)歷一系列的分子變化，直到最終退化和死亡。但科學家意外地發(fā)現(xiàn)，相同遺傳物質(zhì)的細胞，在相同的環(huán)境中，竟然可以沿著不同的“老化路線”移動。只有大約一半的細胞，是因為儲存遺傳信息的DNA穩(wěn)定性逐漸下降而衰老的；另一半的衰老則與線粒體的衰退有關(guān)?？辞辶寺肪€，也就看清了方向。此次的這項合成生物學成果，就有可能重新設(shè)計延緩衰老的科學方法，帶來逆衰的真正希望。
