施瓦辛格主演的電影《終結者 5》當中，人類領袖 John 被改造成了半機器人。
改造之後，John 的行動被機器所掌控，成爲了機器的傀儡。
而現在，人類的一些生命活動，真的可以從外界來控制了，比如用電調節基因表達。
來自蘇黎世聯邦理工學院的華人博士生 Jinbo Huang 和團隊研制了一種新的生物接口。
這種接口名爲「直流電激活的調節技術」 ( DC-Actuated Regulation Technology ) 。
它可以通過電信号對細胞進行刺激，進而啓動或暫停某個基因的表達。
現在，這項研究已經登上了 Nature 子刊。
那麽，DART 是如何實現基因表達控制的呢？
電刺激開啓基因表達
基因表達的調控方式有很多種，這項研究是基于轉錄水平的調控進行的。
在真核生物的基因中，有被稱爲順 / 反式作用元件的特殊序列。
這些序列不編碼蛋白質，但對基因的表達起到控制作用。
我們知道，細胞所處的環境當中有大量的水和氯離子。
通入直流電時，陰陽兩級分别産生氯氣和氫氣，同時還有自由基的産生。
自由基會與細胞内的物質發生作用，生成活性氧（ROS）。
同時在細胞内存在 Keap1-Nrf2-ARE 通路，其中的 Keap1 受體對 ROS 敏感。
一般情況下，Keap1 和 Nrf2 是結合在一起的，而當 ROS 含量增高時，Keap1 會将 Nrf2 釋放。
Nrf2 進入細胞核後會與 ARE 結合，而 ARE 就是一種順式作用元件。
其中就包括了供 RNA 聚合酶識别的啓動子。
ARE 結合 Nrf2 之後被激活，轉錄過程開始，下遊基因被表達。
比如胰島素合成基因就是此處「下遊基因」中的一種。
當電刺激消失後，ROS 水平也随之下降，相關通路關閉，基因表達停止，實現了操作的可逆性。
或可用于 1 型糖尿病治療
實驗中，研究人員讓 1 型糖尿病模型小鼠重新分泌了胰島素。
不過這一過程使用的并非小鼠自身的胰島 B 細胞，而是人源細胞。
此中包括了人胚腎細胞系 ( HEK293 ) 和人間充質幹細胞系 ( hMSC ) 。
其中 HEK293 用于 DART 系統的構建、測試和調節，而 hMSC 則是測試的靶細胞。
通過基因工程方式，研究人員讓結合了 TERT 的 hMSC 細胞系 ( hMSC-TERT ) 表達胰島素基因。
該細胞系具有能同時進行增殖和分化的特點，是基因相關研究中常用的細胞。
研究人員把這種細胞植入小鼠的背部，然後通過電流進行刺激。
結果，這些 hMSC 細胞成功地分泌出了胰島素。
研究團隊每天用 4.5V 的直流電源對小鼠背部施加 10 秒鍾的刺激。
結果在連續四周之内，實驗組小鼠體内的胰島素含量均顯著高于對照組。
且在前兩天内血糖迅速下降至接近正常水平，并在接下來的四周中保持穩定。
對小鼠糖化血紅蛋白 ( HbA1c ) 水平的監測結果也顯示，在電刺激 4-6 周後接近了正常水平。
HbA1c 是一項用于衡量一段時間内整體血糖水平的指标，可以排除單點血糖值的偶然因素。
上述實驗結果表明，将這項技術用于 1 型糖尿病治療的理論基礎是存在的。
接下來的工作，就是找到适合人類的調控參數和植入方式。
如果能夠成功，甚至把 DART 接入互聯網，遠程的基因和細胞的療法将成爲可能。
當然，治療疾病隻是 DART 的潛在應用之一，今後也許還有更多的用法。
我們不妨期待一下 DART 落地的那一天。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s42255-023-00850-7
參考鏈接：
https://www.vice.com/en/article/g5yjnx/scientists-control-human-dna-with-electricity-in-leap-forward-study-reports
