黑科技来袭！看电信号如何直接激活基因表达

想象一下这样一个场景：一名糖尿病患者在吃完饭后，掏出手机，轻轻触碰了几下屏幕。信号穿过他的身体，激活了体内的一个小装置，而在这个装置里，装有能分泌胰岛素的细胞。在电信号的激活下，这些细胞里的基因开始工作，产生胰岛素，协助控制糖尿病患者的血糖。

这看起来像是科幻小说一般的场景，可能会在不久后成为现实。在今天最新一期《科学》杂志上，一支来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的科研团队报道了这种黑科技的原型。相关的新闻指出，这是人们首次检验电信号能如何直接激活基因表达。在小鼠体内，这种技术已经得到了检验。

具体来看，科学家们设计了一个小装置。小装置的一边是预先打印好的电路，能接受电信号；另一边则是装有人类细胞，用一条很细的电线与电路进行相连。整个装置的尺寸非常小，大概只有一枚硬币这么大。

▲这种装置只有硬币这么大（图片来源：参考资料[1]）

当这个小装置接受到身体外部的信号后，就会将电信号直接传输到细胞这里，激活钙离子和钾离子通道。这又会在细胞内触发信号级联反应，调控胰岛素基因的表达，在短短几分钟内就分泌胰岛素。

在皮下植入这个装置后，研究人员们在1型糖尿病的小鼠模型中检验了这套系统在动物体内的可行性。研究表明，电信号的确可以启动胰岛素的表达，使小鼠的血糖恢复正常。

▲本装置的作用机理（Illustration: Katja Schubert / after Krawczyk K et al., Science 2020；版权所有：ETH Zürich）

研究人员们指出，这种装置具有不少优点。通讯作者Martin Fussenegger教授认为，它有望让医生和患者通过手机应用，直接调控胰岛素的产生。在互联网的协助下，即便相隔千里之外，只要检测到生理数据的异常，就可以直接进行干预。

但这种装置目前也有一些短板，譬如我们需要找到一种能便捷替换这些细胞的方法。毕竟这些细胞都有寿命限制。研究人员们估计，大约每3周，就要对细胞进行更新。此外，他们还需要确保这种装置的安全性。如果被电脑黑客入侵，可能就会带来潜在的风险。

▲《科学》杂志对远程调控细胞的一些设想（图片来源：参考资料[2]）

《科学》杂志对本文有很高的评价，并做了专文解读。在解读的最后，作者指出，用电信号来控制基因表达，为我们添加了重要的工具。考虑到我们还有光遗传学等用其他信号来控制基因表达的工具，在未来的某一天，或许我们能把这些工具组合起来，更好地用于基础科研，或是人类疾病的治疗。

参考资料：

[1] Krzysztof Krawczyk et al., (2020), Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice, Science, DOI: 10.1126/science.aau7187

[2] Matthew I. Brier and Jonathan S. Dordick, (2020), Remote activation of cellular signaling, Science, DOI: 10.1126/science.abb9122

[3] Using electrical stimulus to regulate genes, Retrieved May 28, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/ez-ues052820.php