[發明專利]一種進行遺傳操作的方法和裝置

在審

• 申請號: 201710096148.3
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN108456693A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 方彥雯;胡立江;李俊;潘丹
• 申請（專利權）人: 浙江和也健康科技有限公司
• 主分類號: C12N15/864
• 分類號: C12N15/864;C12N15/85;C12M1/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明涉及遺傳技術領域，尤其涉及一種進行遺傳操作的方法和裝置。本發明提供了磁遺傳學操作的方法和裝置，本發明提供的方法通過基因導入技術將一種表達磁性蛋白的基因導入動物細胞、組織及整體動物，在外界磁場的作用下，達到對細胞、組織、器官及整體動物生理功能或行為學進行精細調控的目的。本發明提供的裝置通過給予外界磁場，能夠對細胞、組織、器官及整體動物生理功能或行為學進行精細調控。

技術領域

本發明涉及遺傳技術領域，尤其涉及一種進行遺傳操作的方法和裝置。

背景技術

鳥類、昆蟲等動物都能夠感知磁力。從鯨魚到蝴蝶、白蟻到鴿子，許多的生物都利用地球磁場來導航或定向自己所在的空間。過去，人們對于這一磁感應能力背后的分子機制卻不清楚。2008年，科學家們就發表了PNAS文章，指出奶牛在野外能根據地球的磁場確定方向。細菌也表現出感知磁場的能力，并使用這些輸入信號作為行為的線索。不過這些關于動物體內感應磁場的生物分子和遺傳途徑的觀點，并未得到證實，

近日，有研究人員已發現了一些被稱作為“cryptochromes”或“Cry”的磁感應蛋白，缺失這些蛋白的果蠅會喪失它們對磁場的敏感性。并且，其在果蠅中發現了一種蛋白既可以結合鐵，也可以與Cry互作。這種稱作為CG8198的蛋白可以結合鐵和硫原子，參與果蠅的晝夜節律。它與Cry一起形成了納米級的“指針”：CG8198聚合物構成棒狀核心，Cry蛋白外層圍繞著它。利用電子顯微鏡，研究人員發現這些棒狀蛋白質復合物聚集體，在弱磁場中它們以與指南針相同的方式確定自身方向。據此，研究人員認為其為磁感應受體。在過去的十年里，科學家們已借助一些蛋白的感光能力來操控神經元，磁感應受體的發現為科學家們提供了利用磁場來控制細胞的前景。

現有的神經調控技術，如光遺傳學和深部腦刺激，正在改變基礎研究和臨床轉化神經科學。然而這兩種調控方式都是損傷性的，因為需要在大腦里植入光纖或者金屬電極。而通過磁場來控制細胞的生理功能或行為學進行調控，則可以避免對機體的損傷。有研究表明，結合基因打靶和磁場刺激，將進化上高度保守的外源性的磁感應受體——一種鐵硫蛋白(Isca1)，導入到大腦特定的區域，使其在特定的神經元中表達，然后通過外部磁場刺激，激活大腦特定的區域。在體外培養的HEK-293細胞和海馬神經元中表達該磁感應受體，施加外部磁場，能激活細胞，導致細胞膜去極化和鈣離子內流。這種鈣離子內流可以由超靈敏熒光鈣指示劑GCaMP6s檢測出來，當細胞內鈣離子濃度升高時，GCaMP6s的熒光強度會升高。此外，磁場控制神經元的活動可能依賴于磁場的方向以及磁場的打開和關閉，對于不同方向的磁場刺激，以及磁場的開關，神經元有不同的反應模式。全細胞膜片鉗記錄的神經元的電信號顯示外界磁場可以使表達磁感應受體的神經元去極化，從而引起動作電位。通過肌肉細胞特定的啟動子myo-3將這個受體導入線蟲的肌肉細胞內，外加磁場可以觸發線蟲肌肉收縮；通過神經細胞的特定啟動子mec-4將磁感應受體導入應力感受神經元，外界磁場的刺激可誘發線蟲后退的行為。

之前的研究已經證明神經系統能對不同形式的刺激產生反應，但需要多個元件系統來協調工作，比如注射磁性顆粒，注射能表達熱敏通道的病毒，還有固定動物，才能完成這一套實驗。而這一套系統采用了一種簡單的，可以在大腦任何地方注射的病毒，從而在技術上更加容易實現，也能更少的需要配件，這一行為裝備也巧妙的包含了磁場，從而動物能自由走動。磁遺傳學和光遺傳學相比，明顯的優勢是非損傷性，高穿透深度，長久持續刺激，無空間限制性，空間均勻性和相對安全性。正如光遺傳學通過了十年之久的改良所取得的進展一樣，磁遺傳學開辟了一個全新的神經調控領域，經過持續地發展和成熟，將有廣泛的應用前景，并將極大地推動基礎研究、轉化神經科學以及其他生物科學的發展。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種進行遺傳操作的方法和裝置。

本發明提供了利用磁場作用進行遺傳操作的方法，通過基因導入技術將一種表達磁性蛋白的基因導入動物細胞、組織和/或整體動物，在外界磁場的作用下，對細胞、組織、器官和/或整體動物的生理功能或行為學進行精細調控。