科学家设计基因调控回路延缓衰老

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人类的寿命与个体细胞老化有关。3年前，美国加州大学圣地亚哥分校的一组研究人员破译了衰老过程背后的基本机制。在确定了细胞衰老过程中遵循的两个不同方向后，研究人员通过基因操作这些过程来延长细胞的寿命。据发表在最新一期《科学》杂志上的论文，他们现在利用合成生物学扩展了这项研究，设计了一种解决方案，可防止细胞达到与衰老相关的正常退化水平。
无论是植物还是动物的细胞，都含有负责包括衰老在内的许多生理功能的基因调控回路。这些基因回路类似控制家用电器和汽车等设备的电路。
团队发现，在中央基因调控回路的控制下，细胞的衰老方式并不一定相同。团队设想了一种“智能衰老过程”，通过从一种衰老机制循环到另一种衰老机制来延长细胞寿命。
他们对控制细胞衰老的回路进行了基因重组，设计了一个负反馈回路来延缓衰老过程。重新布线的回路作为一个类似时钟的装置运行，被称为基因振荡器，它驱动细胞在两种有害的“老化”状态之间周期性地切换，避免细胞长期处于其中一种状态，从而减缓了细胞的退化。
团队用酿酒酵母细胞模拟人类细胞衰老，开发并使用了微流体和延时显微镜来跟踪细胞整个寿命的老化过程。结果发现，与正常情况下老化的对照组细胞相比，经过合成重新布线的老化细胞，其寿命延长了82%。
研究人员表示，这是首次使用合成生物学和工程学原理，重新设计基因回路并编程衰老过程，从而有效延长了寿命，创造了通过遗传和化学干预延寿的新纪录。
这项研究还表明，防止细胞走上注定的衰退和死亡之路，拨慢“衰老时钟”是可能的，而时钟般的基因振荡器可能是实现这一目标的通用系统。