[发明专利]一种通过引入磁性介质进行遗传操作的方法

说明书

本发明涉及遗传技术领域，尤其涉及一种通过引入磁性介质进行遗传操作的方法。本发明提供了通过引入磁性介质进行遗传操作的方法，该方法通过基因导入技术将表达目标蛋白的基因与磁性介质共同导入动物细胞、组织及整体动物，从而能够在外界磁场的作用下，达到对细胞、组织、器官及整体动物生理功能或行为学进行精细调控的目的。

技术领域

本发明涉及遗传技术领域，尤其涉及一种通过引入磁性介质进行遗传操作的方法。

背景技术

现有的神经调控技术，如光遗传学和深部脑刺激，正在改变基础研究和临床转化神经科学。然而这两种调控方式都是损伤性的，因为需要在大脑里植入光纤或者金属电极。而通过磁场来控制细胞的生理功能或行为学进行调控，则可以避免对机体的损伤。2008年，科学家们就发表了PNAS文章，指出奶牛在野外能根据地球的磁场确定方向。细菌也表现出感知磁场的能力，并使用这些输入信号作为行为的线索。不过这些关于动物体内感应磁场的生物分子和遗传途径的观点，并未得到证实。也就是说，人们对于生物利用地球磁场来导航或定向自己所在的空间这一磁感应能力背后的分子机制不清楚。

近日，有研究人员已发现了一些被称作为“cryptochromes”或“Cry”的磁感应蛋白，缺失这些蛋白的果蝇会丧失它们对磁场的敏感性。并且，其在果蝇中发现了一种蛋白既可以结合铁，也可以与Cry互作。这种称作为CG8198的蛋白可以结合铁和硫原子，参与果蝇的昼夜节律。它与Cry一起形成了纳米级的“指针”：CG8198聚合物构成棒状核心，Cry蛋白外层围绕着它。利用电子显微镜，研究人员发现这些棒状蛋白质复合物聚集体，在弱磁场中它们以与指南针相同的方式确定自身方向。据此，研究人员认为其为磁感应受体。在过去的十年里，科学家们已借助一些蛋白的感光能力来操控神经元，磁感应受体的发现为科学家们提供了利用磁场来控制细胞的前景。

有研究表明，结合基因打靶和磁场刺激，将进化上高度保守的外源性的磁感应受体——一种铁硫蛋白(Isca1)，导入到大脑特定的区域，使其在特定的神经元中表达，然后通过外部磁场刺激，激活大脑特定的区域。在体外培养的HEK-293细胞和海马神经元中表达该磁感应受体，施加外部磁场，能激活细胞，导致细胞膜去极化和钙离子内流。这种钙离子内流可以由超灵敏荧光钙指示剂GCaMP6s检测出来，当细胞内钙离子浓度升高时，GCaMP6s的荧光强度会升高。此外，磁场控制神经元的活动可能依赖于磁场的方向以及磁场的打开和关闭，对于不同方向的磁场刺激，以及磁场的开关，神经元有不同的反应模式。全细胞膜片钳记录的神经元的电信号显示外界磁场可以使表达磁感应受体的神经元去极化，从而引起动作电位。通过肌肉细胞特定的启动子myo-3将这个受体导入线虫的肌肉细胞内，外加磁场可以触发线虫肌肉收缩；通过神经细胞的特定启动子mec-4将磁感应受体导入应力感受神经元，外界磁场的刺激可诱发线虫后退的行为。

之前的研究已经证明神经系统能对不同形式的刺激产生反应，但需要多个元件系统来协调工作，比如注射磁性颗粒，注射能表达热敏通道的病毒，还有固定动物，才能完成这一套实验。而这一套系统采用了一种简单的，可以在大脑任何地方注射的病毒，从而在技术上更加容易实现，也能更少的需要配件，这一行为装备也巧妙的包含了磁场，从而动物能自由走动。磁遗传学和光遗传学相比，明显的优势是非损伤性，高穿透深度，长久持续刺激，无空间限制性，空间均匀性和相对安全性。正如光遗传学通过了十年之久的改良所取得的进展一样，磁遗传学开辟了一个全新的神经调控领域，经过持续地发展和成熟，将有广泛的应用前景，并将极大地推动基础研究、转化神经科学以及其他生物科学的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种通过引入磁性介质进行遗传操作的方法。

本发明提供的通过引入磁性介质进行磁控制遗传操作的方法，通过基因导入技术将表达目标蛋白的基因与磁性介质共同导入动物细胞、组织和/或整体动物，在外界磁场的作用下，对细胞、组织、器官和/或整体动物生理功能或行为学进行精细调控。

本发明中，基因导入技术优选病毒转染、cre-依赖的表达体系、脂质体转染、电穿孔或光穿孔。