Human artificial chromosomes (HACs) capable of working within human cells could power advanced gene therapies, including those addressing some cancers, along with many laboratory applications, though serious technical obstacles have hindered their develop
能够在人体细胞内工作的人类人工染色体（HACs）可以为先进的基因疗法提供动力，包括治疗某些癌症的基因疗法，以及许多实验室应用，尽管严重的技术障碍阻碍了它们的发展。现在，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员领导的一个团队在这一领域取得了重大突破，有效地绕过了一个常见的障碍
在《科学》杂志上发表的一项研究中，研究人员解释了他们是如何设计出一种有效的技术，用设计DNA的单个长构建体制造HACs的。先前制造HACs的方法受到用于制造它们的DNA构建体倾向于连接在一起的事实的限制&mdash；“多重化”&mdash；在不可预测的长系列和不可预测地重新安排中
新方法可以更快、更准确地制作HACs，这反过来将直接加快DNA研究的速度。随着时间的推移，通过有效的递送系统，这项技术可以为癌症等疾病带来更好的工程细胞疗法
“从本质上讲，我们对HAC设计和交付的旧方法进行了彻底的改革，”宾夕法尼亚大学埃尔德里奇·里维斯-约翰逊基金会生物化学和生物物理学教授本·布莱克博士说。人类染色体是另一回事，主要是因为它们更大的尺寸和更复杂的着丝粒，即X形染色体臂连接的中心区域
研究人员已经能够通过添加到细胞中的自连接长度的DNA形成小型人工人类染色体，但这些长度的DNA会随着不可预测的组织和拷贝数而多聚；使其治疗或科学用途复杂化&mdash；由此产生的HACs有时甚至会结合宿主细胞中的天然染色体片段，使对它们的编辑变得不可靠
在他们的研究中，宾夕法尼亚大学医学院的研究人员通过多项创新设计了改进的HACs：其中包括含有更大、更复杂的着丝粒的更大的初始DNA构建体，使HACs能够从这些构建体的单个拷贝形成。为了输送到细胞，他们使用了一种基于酵母细胞的输送系统，能够运送更大的货物
Black说：“例如，我们没有试图抑制多聚化，而是通过增加输入DNA构建体的大小来绕过这个问题，使其自然地倾向于保持可预测的单拷贝形式。”研究人员表明，与标准方法相比，他们的方法在形成可行的HACs方面更有效，并产生了可以在细胞分裂过程中自我繁殖的HACs
人工染色体的潜在优势&mdash；假设它们可以很容易地输送到细胞中，并像自然染色体一样运作&mdash；有很多。与基于病毒的基因传递系统相比，它们将为表达治疗基因提供更安全、更高效、更持久的平台，后者可以引发免疫反应，并涉及有害的病毒插入自然染色体
细胞中的正常基因表达还需要许多局部和远处的调节因子，这些因子在类似染色体的环境之外几乎不可能人工繁殖。此外，与相对狭窄的病毒载体不同，人工染色体将允许大的、协同的基因集合的表达，例如构建复杂的蛋白质机器
Black预计，他的团队在这项研究中采取的同样广泛的方法将有助于为其他高等生物制造人工染色体，包括用于农业应用的植物，如抗虫高产作物
来自J.Craig Venter研究所、爱丁堡大学和达姆施塔特工业大学的研究人员也参与了这项研究