在细胞中编辑基因组的主要障碍之一是细胞本身。

“人体细胞不喜欢吸收东西，”加州大学圣巴巴拉分校的化学和生物化学教授诺伯特赖克解释说。他解释说，人类细胞已经发展出一种“垃圾处理”机制，可以分离和分解外来蛋白质和其他不想要的生物分子、病原体甚至受损的细胞结构。因此，对于生物技术、生物制药、基因组研究和治疗领域的人来说——例如，那些使用基因编辑blade master CRISPR-Cas9技术的人——结果只取决于他们有效绕过这种防御机制并准确引入它的能力。蛋白质进入动物细胞。

赖克和他的团队开发了这样一种方法。他们的技术估计比现有方法效率高100到1000倍，为用户提供了对基因组编辑交付的完全时空控制，实际上允许他们准确决定何时何地发布基因组编辑蛋白质。

“我们实际上可以击中单个细胞，”赖克说。“我们甚至可以击中细胞的一部分，这样我们就可以向细胞的一部分释放蛋白质。但关键是我们可以控制切割DNA的蛋白质何时何地释放。

Reich研究组的研究“光触发基因组编辑：cre重组介导的近红外光基因编辑”发表在小杂志上。

最近，生物技术的一项突破集中在利用基因编辑蛋白——“分子剪刀”，如本研究中的CRISPR、Cas和Cre，来寻找、剪切和粘贴目标DNA序列的特定部分。最初，细菌和古细菌被用来识别攻击病毒的DNA，并将其标记为防御机制。科学家已经开发了使用各种蛋白质来识别、切割和组合不同长度的碱基对序列的方法。这项技术的潜力是巨大的，从确定基因功能和识别的基础研究到可以修复细胞水平缺陷的治疗方法。

帝国集团的光触发基因组编辑的关键是包被有DNA报告链的中空金纳米球(它们发出红色荧光)和Cre重组酶与细胞穿透肽的蛋白质融合。和近红外光。

“所以现在我们有了一个归巢装置和一个递送剂，”Reich说，他解释说，当靶细胞受到细胞废物处理时，Cre重组酶和肽融合作为靶向系统发挥作用。

一旦进入细胞，纳米壳就被包裹在一个内体中——一个膜状口袋，它将纳米壳隔离并将其运输通过细胞。

“但是纳米球壳什么也没做，因为它们被困住了，”赖克说。超快脉冲近红外激光对细胞无害，并能有效穿透组织，然后瞄准嵌入的纳米壳及其蛋白质涂层。

“近红外波长引起了一件非常有趣的事情，”赖克说。“它会导致金纳米壳变得兴奋，并导致我们附着的任何东西脱落。”与此同时，纳米气泡形成，在体内形成开口，并允许其蛋白质成分逸出。这些蛋白质现在可以自由地存在于储存遗传物质的细胞核中，并进入细胞穿透肽。Cre可以开始寻找、剪切和粘贴其记者的帖子。

该小组的体外实验被证明是成功的：经过一段时间的孵育后，细胞穿透涂有蛋白质的纳米壳，然后受到照射，发出红光。

“我们没有设计任何东西来使细胞表现不同，”赖克说。“因为这种荧光蛋白，我们制造的细胞看起来会不一样。”

论文第一作者、现为洛斯阿拉莫斯国家实验室博士后研究员的迪恩莫拉莱斯(Dean Morales)说：“作为一项基础研究工具，每个细胞都可以通过时空控制成为一项实验。假设你想研究某个函数。以及基因如何改变细胞的行为或者通过邻居改变细胞的行为。使用等离子纳米粒子作为天线，我们可以打开或关闭感兴趣的基因，并实时观察它们活动的后果。

时空控制也让使用它的人可以轻松研究DNA。研究人员承认，重写它具有非常强大的代际效应。

莫拉莱斯说，“在某些情况下，比如体细胞突变，并不是身体的每个细胞都需要编辑。”“控制何时何地可以使用编辑机器的能力提供了过程的短暂性。这一点的重要性在于，目前的基因编辑方法通常会导致编辑机器在目标细胞中保持活跃，长期后果未知。我们的方法通过在短时间内提供编辑机器来避免这个问题。”

这个项目的研究也是由加州大学圣巴巴拉分校的合作者艾琳摩根、梅根麦克亚当斯和阿曼达b克朗进行的。明尼苏达大学的Jeong Eun Shin和Joseph Zasadzinski。