近(5)日，德國馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心(MDC)的，開發出一項演算法，能幫助科學家設計「可即時指示細胞狀態」的合成DNA片段，該工具能讓科學家在「尚未了解細胞某狀態背後完整機制」的情況下，就可對該狀態進行調控；未來有望用於藥物篩選，或開發基因和細胞療法。研究論文發表於期刊《Nature Communications》。

過去，科學家要調控細胞的某些功能時，常須先暸解其背後精確的基因和調節機制，再從源頭下手調控；但透過這項演算法工具，則能更容易、靈活地進行調控。

當使用者想了解某個細胞特定活動，例如其基本的細胞狀態、其是否發生癌化、發炎反應和被感染等疾病過程時，只需以表觀生物標記(phenotypic biomarkers)和反式調節網絡(trans-regulatory networks)作為輸入資訊，簡而言之，即和該特定細胞活動相關的已知基因，和轉錄因子(transcription factor)。

接著，這項演算法就能在不了解此細胞活動背後精確基因的情況下，設計出能表示細胞特定活動的「報導基因」(reporter gene)，以控制與之相關的DNA片段。

研究團隊進一步說明，此演算法會在該物種(如：人類、小鼠等)基因體中，尋找作為基因調控上游的轉錄因子(transcription factor)極有可能結合的位置，再輸出一系列含有150個鹼基對的長序列，這些序列可充當調節該基因的啟動子(promoter)和增強子(enhancer)。

下一步，使用者需再將合適的長序列，接上編碼螢光蛋白的DNA片段，名為「合成順式調節DNA」 (synthetic cis-regulatory DNA, sLSD)；LSD會透過「基因座控制區」(locus control regions, LCR)的原理調控細胞，最後便能從顯微鏡下以螢光清楚觀察細胞狀態。

LCR在生物體內原先就存在，好比一名「管家」，能遠距離調控轉錄的一項DNA位點；而演算法所設計出的sLSD，具有類似LCR的功能，可控制特定基因運作。

該研究共同第一作者，MDC研究員Carlos Company表示，這項工具使研究人員能針對細胞「從一種類型轉變為另一類型時採用的方式」進行觀察。

Company表示，該工具可將細胞所有導引出這些變化的關鍵指令，編譯成簡單的合成DNA序列，大幅簡化了科學家對複雜細胞行為的研究，例如發育學或腫瘤學領域。

MDC的團隊也使用此演算法，篩選能阻止新冠病毒感染的藥物，以及針對神經膠質母細胞瘤中特定細胞的狀態等，來驗證這項工具的可行性。

研究人員表示，該工具為調控細胞提供了更直接、可延伸應用的方式，未來潛力極大，例如用於免疫細胞療法開發時，就能幫助快速了解細胞注入患者體內後，哪些可能發揮療效、哪些可能有功能障礙。

參考資料：

1.論文原文：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45069-6

2.https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240205165922.htm

(編譯/巫芝岳)