在VEGAS中發(fā)生的事情不會留在VEGAS中，如果同名系統(tǒng)實現(xiàn)了它的目的，那就不是：加速哺乳動物細胞中DNA序列的定向進化。VEGAS代表基因驅(qū)動序列的病毒進化，它可以減少科學手段和新療法的開發(fā)。特別是，它可以避免常規(guī)形式的定向進化中常見的發(fā)育延遲，以及基于細菌細胞的方法所特有的缺點。VEGAS已被用于發(fā)展轉(zhuǎn)錄因子，G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)和來自美洲駝的納米抗體，以實現(xiàn)特定的體內(nèi)活性。這些概念驗證活動均在不到一周的時間內(nèi)完成。

這種新方法來自北卡羅來納大學(UNC)大學，是一種相對快速，簡便且通用的方法，可以進行定向進化，這是自然選擇的人工版本。自從人們開始選擇和繁殖具有理想特征的動植物變種以來，它已經(jīng)使用了多個世紀。近幾十年來，定向進化已用于實驗室，生物學家在實驗室中努力產(chǎn)生有價值的分子。

例如，生物學家可能會安排基因隨機突變，直到出現(xiàn)具有所需特性的變體。如果聽起來像這樣的定向進化會產(chǎn)生長期的失敗連勝，而難得的勝利會打斷他們，但事實確實如此?？傮w而言，生物分子的定向進化一直難以使用并且在其應(yīng)用中受到限制。

VEGAS系統(tǒng)旨在更快地產(chǎn)生更多勝利。首先，它在哺乳動物細胞而不是細菌細胞中起作用。盡管細菌細胞通常是定向分子進化活動的便利平臺，但是許多理想的定向進化靶標在單細胞背景下表現(xiàn)不佳或不自然。由于VEGAS在哺乳動物細胞中起作用，因此它可以用于進化新的人類，小鼠或其他哺乳動物蛋白質(zhì)，而這些蛋白質(zhì)對于傳統(tǒng)的基于細菌細胞的方法而言將是繁重的或無法生成的。

而且，VEGAS系統(tǒng)使用RNA甲型病毒Sindbis作為待修飾基因的載體。這種帶有遺傳物質(zhì)的病毒可以感染培養(yǎng)皿中的細胞并迅速發(fā)生突變。

有關(guān)VEGAS的詳細信息顯示在7月4日的Cell雜志上，標題為“ VEGAS，它是哺乳動物細胞中直接定向進化的平臺。”根據(jù)這篇文章，VEGAS為生物醫(yī)學工具和療法的定向進化提供了三大優(yōu)勢。

VEGAS在宿主細胞的信號傳導框架內(nèi)進化。

VEGAS完全依賴宿主細胞進行轉(zhuǎn)基因成熟

VEGAS的選擇是恒定且高度誘變性的，從而使其能夠克服復(fù)雜健身環(huán)境固有的許多陷阱

“我們實現(xiàn)了24小時的選擇周期，每個堿基超過10 -3個突變。選擇是通過宿主細胞內(nèi)部的遺傳激活序列來實現(xiàn)的。” “使用VEGAS，我們可以在不到一周的時間內(nèi)將轉(zhuǎn)錄因子，GPCR和變構(gòu)納米抗體向功能性信號傳遞終點發(fā)展。”

在他們的實驗中，研究人員設(shè)置了條件，以使能夠存活的唯一突變基因是編碼能夠在細胞內(nèi)完成所需功能(例如激活某種受體或開啟某些基因)的蛋白質(zhì)。一項實驗致力于修飾一種叫做四環(huán)素反式激活劑(tTA)的蛋白質(zhì)，該蛋白可作為激活基因的開關(guān)，是生物學實驗中使用的標準工具。通常，如果tTA遇到抗生素四環(huán)素或密切相關(guān)的強力霉素，它就會停止工作，但是研究人員開發(fā)了一個新的版本，具有22種突變，即使強力霉素水平很高，tTA仍然可以起作用。這個過程只花了7天。

該研究的主要作者賈斯汀說：“為了了解這種方法的有效性，考慮到以前報道的將哺乳動物定向進化的方法應(yīng)用于四環(huán)素反式激活因子僅用了四個月的時間就產(chǎn)生了兩個僅對強力霉素不敏感的突變。”博士，UNC醫(yī)學院藥理學系博士后研究助理。

科學家還將VEGAS應(yīng)用于一種常見的細胞受體GPCR。人類細胞上有數(shù)百種不同的GPCR，現(xiàn)代藥物將其作為治療多種疾病的靶標。試圖創(chuàng)建更精確的治療方法的研究人員非常感興趣的是，當給定的GPCR從非活動狀態(tài)變?yōu)榛顒訝顟B(tài)時，其形狀如何發(fā)生變化。English和同事使用VEGAS快速突變了一個研究較少的GPCR，稱為MRGPRX2，使其保持始終處于活動狀態(tài)。

“識別出在這種快速進化過程中發(fā)生的突變有助于我們首次了解受體蛋白質(zhì)中涉及向活躍狀態(tài)過渡的關(guān)鍵區(qū)域。”

在另一個演示中，該團隊展示了VEGAS在更直接地指導藥物開發(fā)方面的潛力。他們利用VEGAS迅速發(fā)展了稱為納米抗體的小型生物分子，這些分子可以激活不同的GPCR，包括5-羥色胺和多巴胺受體，它們存在于腦細胞中，并被許多精神藥物所靶向。

該團隊現(xiàn)在正在使用VEGAS來努力開發(fā)高效的基因編輯工具，以潛在地治愈遺傳疾病，并設(shè)計出可以中和致癌基因的納米抗體。

這項研究的資深作者，UNC大學醫(yī)學院藥理學系杰出教授Michael Hooker表示：“科學界長期以來一直需要這樣的工具。” “我們相信我們的技術(shù)將加速研究，并最終為患有許多我們需要更好治療的疾病的人們提供更好的療法。”