研究人員在生物學領域長期以來面臨一個明顯的限制。他們可以刪除蛋白質或關閉基因，但無法精確調節特定組織中蛋白質的含量，這一限制在動物的整個生命週期中一直存在。這一空白使得對衰老及器官之間在分子層面如何相互影響的理解進展緩慢。然而，科學家們現在已經開發出一種方法，可以在活體動物的不同組織內實現蛋白質水平的精確、終生控制。這項技術允許研究人員通過校準而非強制來增加或減少蛋白質，從而開辟了研究衰老、疾病以及全身生物協調的新途徑。
位於巴塞羅那的基因組調控中心及劍橋大學的科學家們在秀麗隱蟲（Caenorhabditis elegans）中展示了這一方法。他們在動物的腸道和神經元中調節蛋白質水平，同時這些蟲子繼續正常生活、進食和生長。這一新方法解決了實驗生物學中長期存在的挑戰。許多現有工具要麼完全去除蛋白質，要麼僅在短時間內有效，還有一些無法在動物的整個生命週期中針對特定組織。這些限制使得研究像衰老這樣的系統性過程變得困難。
衰老依賴於器官之間的持續溝通。一種蛋白質在一個組織中可能會延長壽命，但在另一個組織中卻可能縮短壽命。標準的開關型基因實驗通常無法分離這些影響。沒有任何蛋白質是孤立運作的。基因組調控中心的研究人員尼古拉斯·斯特魯斯特普（Dr. Nicholas Stroustrup）表示：「我們的新方法讓我們能夠研究不同組織中多個蛋白質如何協同控制身體的功能和衰老。」
研究人員還面臨追踪小分子變化在身體中隨時間擴散的挑戰。蛋白質水平的微小變化可能會產生巨大的影響，但舊有工具缺乏測量這些變化的精確性。斯特魯斯特普解釋說：「要在生物學中提取細微差別，有時需要在這裡減半的蛋白質濃度和那裡的四分之一，但直到現在我們只有集中在消除蛋白質的技術。我們希望能像調整電視音量那樣控制蛋白質，現在我們可以提出各種新的問題。」
這項技術建立在一個最初源自植物生物學的系統上。植物使用一種稱為生長素（auxin）的激素來調節生長。科學家們將這一過程改編為生長素誘導降解系統（AID）。在AID系統中，研究人員給蛋白質加上降解標籤，當生長素存在時，名為TIR1的酶會識別該標籤並摧毀蛋白質，而當生長素消失時，蛋白質又會恢復。這一系統被廣泛用於快速、可逆的蛋白質控制。然而，傳統的AID系統主要作為開關運作，蛋白質的出現或消失，對劑量或位置的控制有限。
研究團隊設計了一個更靈活的版本，稱為雙通道AID系統。他們創建了不同版本的TIR1酶和相應的降解標籤，每種酶對不同的生長素化合物做出反應。通過將這些酶放置在不同的組織中，科學家們能夠獨立控制相同的蛋白質在神經元和腸道中的表現，並同時控制兩種不同的蛋白質。該團隊在超過100,000條蟲子中測試了該系統。
研究人員還解決了一個主要障礙。許多AID系統在生殖組織中失效。研究團隊將問題追溯到胚系中的一個生物過程，並修改了他們的系統以克服這一問題。基因組調控中心的博士後研究員杰里米·維辛西奧（Dr. Jeremy Vicencio）表示：「讓這一系統運行是一個相當大的工程挑戰。我們不得不測試不同的合成開關組合，以找到不互相干擾的完美配對。」現在，研究人員能夠以驚人的精確度同時控制兩種不同的蛋白質。
研究人員表示，這一工具可能會重塑對衰老和疾病的研究。它使科學家可以探討足夠的蛋白質量是多少、何時變化最重要以及這些影響如何隨時間在全身擴散。該研究發表在《自然通訊》期刊上。
