来源：莱斯大学
摘要：研究人员正在制造模块化的基因环路，该环路可以通过交换蛋白质构件块完成更复杂的任务。这个根据非相关细菌细胞设计的模块化基因环路可以被用来同时处理多个化学输入并极受到相邻化学物质的干涉。这项工作在科学家们为诸如生物燃料生产，环境修复或者人类疾病治疗等特殊任务设计合成细胞时提供了更多选择。
来自莱斯大学和堪萨斯大学医学中心的研究员正在制造可以通过交换蛋白质构建块执行更复杂任务的模块化基因环路。
这个模块化基因环路根据非相关细菌细胞的部分进行设计，可以被用来同时处理多个化学输入并极少受到相邻化学物质的干涉。
这项发表在美国化学学会期刊《ACS合成生物学》杂志上的研究，在科学家们为诸如生物燃料生产，环境修复或者人类疾病治疗等特殊任务设计合成细胞时提供了更多选择。
研究人员正在创建与搭建传统的计算机和电子设备相类似的复杂的基因逻辑环路。在一个简单的环路里，如果一个输入和另一个输入都存在，这个环路就执行指令。通过基于此类布尔逻辑的这种基因环路，一个感应到两种化学物质的基因逻辑环路可能会激发产生一种特殊蛋白质，或者激发一个细胞的DNA以抑制该特殊蛋白质的产生。
随着合成生物学家发明更多工具，制造简单环路也变得更容易，但是他们需要更复杂的工具应对复杂的问题。莱斯的Matthew Bennett和他的同事有意向遵从计算机程序员的能力成长相类似的模式，该模式使程序员从简单的乒乓球游戏进步到沉浸式的现代游戏世界。
生物化学和细胞生物学助理教授Bennett说：“这项技术的最终目标之一是使细胞以编程的方式对他们的环境作出感知并且回应，我们希望能够程式化细胞，让它进入一个环境并且做出期望他们做出的反应”
“当前，我们的主要方法之一是利用转录的逻辑门。这与我们的电子环路很类似——计算机中的逻辑门，在细胞内，他们的作用有所不同，但是有很多相似之处。
Bennett的团队和其他人设计的逻辑门在直接接触的环境中感应到化学物质时会以设定的方式反馈。如果特定的化学物质组合出现在环境中，这个门限会调动一组基因，这组基因可能抑制或者促进一个蛋白质的表达。
Bennett说：“大量投入到合成生物学中的工作已经使程序式细胞更好且更有效的做出决定，这就是这篇文章所针对的。我们找到了一种制造非常模块化且易用的基因系统的方法，这种方法可以制造高效应答的转录式逻辑。”
由美国莱斯大学研究生大卫领导的这项研究，借鉴了嵌合转录因子（部分因子来自其他不同来源）的遗传工具箱。这些模块化蛋白质同时包含一个转录因子的基因调控能力和另一个转录因子对环境的感知能力。研究人员已证明，拥有相同DNA模型的四个嵌合体能够共同发挥作用，作为多输入门来抑制或释放特定基因。他们已成功测试出大肠杆菌中这种嵌合体组合的功能，并以此来上调或下调编码绿色荧光蛋白的一种基因的表达。
贝内特说：“通常制作一个遗传逻辑门，必须要有大量基因在后台来让逻辑门工作。我们通过编程转录因子--一种调控基因开或关的特定蛋白质--去除了这个必要条件，对其环境直接作出反应，并通过模块化的方式激活特定基因。现在，我们可以同时将环境感知和下游基因调控这两种能力编程入同一个模块。”
贝内特认为合成生物学解决了许多问题。“我们可以利用细胞报告或修复环境污染，或通过编程细胞来发现人体内的肿瘤并对其作出反应。为此，我们须能够命令细胞感应肿瘤所处的环境，依据细胞测定的化学物质进行相应的反应。”
代谢工程师也许能够即时调节复杂的合成电路，他说：“例如，在发酵过程中，人们可能希望细胞中的基因调控如同进行进化那样发生改变，这些新型电路能够察觉到培养物中不同的糖和直接的基因调控，从而扩大生产。”
