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合成生物学家开发出可预测定制遗传线路输出的模型
日期:2018-09-11 作者:编译:王爱玲 来源:农科智库 点击:
     莱斯大学(Rice University)合成生物学家马修·贝内特(Matthew Bennett)和休斯敦大学数学家威廉·奥特(William Ott)牵头开发了可预测定制遗传线路输出的模型。这些线路可用于启动或停止蛋白质产生等活动。研究成果发表在美国化学学会期刊《ACS合成生物学》上。
    合成生物线路由蛋白质和配体组成,可根据细胞内特定条件开启或关闭基因表达。这些线路可用于设计细菌和其他有机体来管理细胞系统。这将使得微生物基因编码变得非常精确,生物传感领域也预计会迎来变革。
    几百个基因元件有几千种组合形式,由于细胞环境不同,同样的组合会导致不同的结果。新研究就是要解决这些问题,通过不断尝试排除错误选项。
    贝内特和奥特的建模主要针对多输入合成启动子。这些启动子相当于开关,在不止一个条件(如检测到两种化学物质)得到满足的情况下才能启动或停止特定蛋白质的产生。多输入启动子是DNA上开闭基因的元件,可以通过多种方式构建。构建出的启动子线路可让细胞同时感知多种环境条件,从而决定基因开闭。团队探索了不同的系统模拟方法来预测系统性能。通过了解单个简易线路的输入和输出关系,模型可以预测它们组合起来将如何发挥作用。
    首个“naïve”模型利用来自单输入系统的数据,这些系统能感知是否存在抑制嵌合转录因子转录的配体。综合研究几条线路产生的数据,研究人员可以精确预测包含两个嵌合体的双输入线路的开闭反应。研究人员设计出基于“嵌合AND门”逻辑的细菌,需要两个配体才能诱导荧光蛋白产生。配体水平的改变引起荧光蛋白输出的变化,实际变化曲线和模型预测相差不大。
    还有一种更加精密的模型可根据全部输入组合情况预测线路输出。这需要将实验性双输入系统产生的一小组数据“告知”模型,还需要进行更多实验来证实模型预测是否准确。实验室也测试了两种模型在预测包含激活子(开)和抑制子(闭)的多输入混合启动子线路时的表现。信号分子之间互相干扰时,naïve模型无能为力,但“知情”模型仍能做出准确预测。
    这为更快设计和构建大型合成基因线路奠定了基础。该naïve模型可用于预测已被充分认识的单输入装置,研究人员无需再做实验;“知情”模型将帮助研究人员设计出能够适应肠道菌群或土壤等复杂多变环境的微生物。
(来源:Science Daily  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
 
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