近期,研究人员揭示了对合成基因电路的新认识

亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院的两个研究小组的最新发现正在推动合成生物学领域的发展。

田和王的研究揭示了关于合成基因电路与宿主基因电路之间复杂关系的新见解。

田小军助理教授和王小副教授与他们的实验室小组在六所富尔顿学校之一的生物与卫生系统工程学院进行了为期一年的合作。

他们对工程基因回路与生物宿主 细胞相互作用方式的新颖研究结果于本周发表在科学杂志“ 自然化学生物学”上。

合成生物学应用工程方法来设计新的生物学网络或重新设计现有生物学系统的各个方面。它是一个快速发展的研究领域,在过去的20年中已经取得了许多重大进展。

早期的工作包括创建合成基因回路并将其置于天然宿主细胞中。王说:“但是这里的电路概念是一个抽象的概念。”

“想象一下一个遗传区段的序列,第一个区段编码或产生一种特定的蛋白质。该蛋白质又可以激活或抑制该遗传序列中另一个区段的表达或蛋白质的产生。如果您继续扩大这个想法,您可以想象它就像一个网络。”

正是这种影响或诱因链起着回路的作用,而不是基因序列中的物理联系。但是,以前的研究仅关注工程遗传回路本身的行为,很少关注宿主细胞所代表的背景或背景。

田说:“很难预测这些相互作用如何影响基因工程回路的功能,更不用说如何控制它们并使回路在复杂的现实生活环境中按需运行了。”

确实,这些合成基因回路通常仅在实验室环境中起作用,而不在更逼真的条件下起作用。并且该限制极大地抑制了基因工程电路在临床环境中的应用。

为了朝这个实际方向发展,田和王的新研究探索了合成基因回路与其宿主细胞之间的关系。具体而言,他们研究了植入宿主细胞中的“记忆”电路的影响,以及与宿主细胞生长相关的基因电路“拓扑”或电路组件之间互连结构的影响。

在这项工作的背景下,记忆的想法涉及到即使没有刺激也可以在工程基因电路内继续产生影响或进行诱导。

“想想你家的电灯开关,”王说。“即使从开关上移开手指,指示灯仍会亮起。我们将这种持久状态称为内存。”

田和王的最新研究表明,存储电路的拓扑结构受宿主细胞行为的影响很大。

田说:“我们验证了基因电路与宿主细胞之间的影响是交换的。” “也就是说,电路会影响宿主细胞,而宿主细胞反过来会对电路产生影响。这就像一个回路。

他说:“但是我们也证明了对电路功能的影响取决于其拓扑结构。” “因此,在动态主机环境中,一种电路拓扑表现出比其他电路更好的性能。”

他们发现电路拓扑与宿主细胞对电路功能的影响有关的发现是合成生物学领域的第一次,它扩展了对这些复杂相互作用的有意义的科学理解。

田说:“这为构建强大的工程基因电路铺平了道路。” “例如,这些可能会通过减缓癌细胞转化其发育的能力来增强针对癌症转移的干预措施。”

Tian和Wang发表的研究进展包括研究在宿主细胞中添加其他合成基因电路或模块的影响,这在模块竞争细胞系统内资源时显着提高了复杂性水平。

王说,富尔顿学院内的生物与卫生系统工程学院特别适合发现合成生物学。

他说:“我们有大量的敬业人才,他们从战略上进行了长期的投资,以促进这一领域的研究。” “因此,我们正在寻求成为该领域的领导者。”

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