人類的壽命與個(gè)體細(xì)胞老化有關(guān)。3年前，美國(guó)加州大學(xué)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(jī)制。在確定了細(xì)胞衰老過程中遵循的兩個(gè)不同方向后，研究人員通過基因操作這些過程來(lái)延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命。據(jù)發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上的論文，他們現(xiàn)在利用合成生物學(xué)擴(kuò)展了這項(xiàng)研究，設(shè)計(jì)了一種解決方案，可防止細(xì)胞達(dá)到與衰老相關(guān)的正常退化水平。
無(wú)論是植物還是動(dòng)物的細(xì)胞，都含有負(fù)責(zé)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在中央基因調(diào)控回路的控制下，細(xì)胞的衰老方式并不一定相同。團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一種“智能衰老過程”，通過從一種衰老機(jī)制循環(huán)到另一種衰老機(jī)制來(lái)延長(zhǎng)細(xì)胞壽命。
他們對(duì)控制細(xì)胞衰老的回路進(jìn)行了基因重組，設(shè)計(jì)了一個(gè)負(fù)反饋回路來(lái)延緩衰老過程。重新布線的回路作為一個(gè)類似時(shí)鐘的裝置運(yùn)行，被稱為基因振蕩器，它驅(qū)動(dòng)細(xì)胞在兩種有害的“老化”狀態(tài)之間周期性地切換，避免細(xì)胞長(zhǎng)期處于其中一種狀態(tài)，從而減緩了細(xì)胞的退化。
團(tuán)隊(duì)用釀酒酵母細(xì)胞模擬人類細(xì)胞衰老，開發(fā)并使用了微流體和延時(shí)顯微鏡來(lái)跟蹤細(xì)胞整個(gè)壽命的老化過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常情況下老化的對(duì)照組細(xì)胞相比，經(jīng)過合成重新布線的老化細(xì)胞，其壽命延長(zhǎng)了82%。
研究人員表示，這是首次使用合成生物學(xué)和工程學(xué)原理，重新設(shè)計(jì)基因回路并編程衰老過程，從而有效延長(zhǎng)了壽命，創(chuàng)造了通過遺傳和化學(xué)干預(yù)延壽的新紀(jì)錄。
這項(xiàng)研究還表明，防止細(xì)胞走上注定的衰退和死亡之路，撥慢“衰老時(shí)鐘”是可能的，而時(shí)鐘般的基因振蕩器可能是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的通用系統(tǒng)。
【總編輯圈點(diǎn)】
細(xì)胞衰老背后的機(jī)制究竟是什么？我們知道，細(xì)胞在其整個(gè)生命周期中都會(huì)經(jīng)歷一系列的分子變化，直到最終退化和死亡。但科學(xué)家意外地發(fā)現(xiàn)，相同遺傳物質(zhì)的細(xì)胞，在相同的環(huán)境中，竟然可以沿著不同的“老化路線”移動(dòng)。只有大約一半的細(xì)胞，是因?yàn)閮?chǔ)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)。看清了路線，也就看清了方向。此次的這項(xiàng)合成生物學(xué)成果，就有可能重新設(shè)計(jì)延緩衰老的科學(xué)方法，帶來(lái)逆衰的真正希望。
