氧气对生命至关重要，临床医生可以通过口罩和鼻管为患者提供补充氧气，但目前还没有直接将氧气输送到细胞的方法。这种能力最初作为研究工具是有用的，但最终可能有重要的医疗应用——例如，增强在氧气水平低时失去效力的疗法。据《PNAS》报道，马萨诸塞州总医院(MGH)的研究人员最近开发了一项技术，可以根据添加的化学物质的需求，改造细胞制造氧气。

这项工作是由Vamsi K. Mootha博士领导的，他是MGH分子生物学系的系统生物学和医学教授，他的实验室专注于线粒体。细胞内的这些特殊隔间产生能量，需要氧气才能产生能量。“我们对线粒体、细胞和生物体如何适应环境氧的变化很感兴趣，”Mootha说。

目前，如果科学家们想要在实验室中操纵细胞的氧气水平，他们会把一个含有细胞的培养皿放在一个环境控制的房间里。虽然这很有用，但它们不能在特定时间改变选定细胞中的氧气水平。

“从这种需求中产生了一个基因编码系统的想法，该系统可以部署在人类细胞中，根据需要生产自己的氧气，”Mootha说。

这项技术包括在细胞内同时表达一种转运蛋白和一种细菌酶——这些蛋白质一起促进亚氯酸盐进入细胞，并通过酶的方式将其转化为氧和氯。研究人员称他们的新基因技术为SNORCL，即从绿泥石中释放补充氧气。第一代SNORCL能够在细胞内产生短而适度的氧脉冲，以响应添加的绿泥石。

“近期，SNORCL真正用于研究领域，用于评估氧在信号传递、代谢和生理学中的作用。但在未来，基于SNORCL的技术可能会有多种临床用途，”Mootha说。

例如，肿瘤通常含氧量低，这限制了一些抗癌疗法的有效性。在这样的环境中，可以使用SNORCL来提高这些疗法的有效性。

其他合著者包括Andrew L. Markhard, Jason G. McCoy和Tsz-Leung To。

Andrew L. Markhard, Jason G. McCoy, Tsz-Leung To, Vamsi K. Mootha. A genetically encoded system for oxygen generation in living cells. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (43)