基因电路设计策略推进合成生物学

原创 维港健康_编辑方  2017-09-28 15:10  阅读 869 次
HPV疫苗

在过去17年中,科学家和工程师们已经开发了可以对活细胞的功能,性能和行为进行编程的合成基因电路。类似于以无数电子产品为基础的集成电路,工程基因电路可用于产生定义的动力学,重新连接内源网络,感测环境刺激,并产生有价值的生物分子。

这些基因电路在医疗和生物技术应用方面具有巨大的前景,例如打击超级臭虫,生产先进的生物燃料和制造功能材料。

到目前为止,大多数电路是通过试错法构建的,这严重依赖于设计师的直觉,而且通常效率不高,伊利诺伊州生物工程大学副教授丁露说。“随着电路复杂性的增加,缺乏预测设计指南已经成为实现合成生物学潜力的一个重大挑战。”他还隶属于伊利诺伊州基因组生物学与物理系卡尔·罗伊斯研究所。

免疫治疗

研究人员已经转向定量建模来解决这一基因电路设计挑战。Lu表示,典型的模型将基因电路视为不与其宿主相互作用的孤立实体,仅关注电路内的生物化学过程。

他说:“虽然价值很高,但目前的建模范式往往无法定量地,甚至在质量上也不能描述电路行为。” “越来越多的实验证据表明,电路及其生物宿主密切相连,其耦合可以显着影响电路行为。

卢和他的研究生陈辽和安德鲁布兰查德最近通过构建一个定量描述和预测基因电路行为的综合建模框架来解决这个挑战。使用大肠杆菌(E. coli)作为模型宿主,该框架由主要生理学的粗粒度但机械性描述组成,涉及动态资源划分,多层次电路 - 宿主耦合和外源性电路的详细动力学模块。

该小组证明,在培训之后,框架能够捕获和预测大量关于宿主和简单基因过表达的实验数据。例如,他们发现ppGpp介导的影响是在环境变化(包括营养和抗生素变化)下理解组成型基因表达的关键。该小组还通过应用该平台来检验其生长调节反馈电路的效用,该电路的动力学通过电路主机耦合定性地改变,并揭示了从单细胞动力学到人口结构的切换开关的行为,以及空间生态学。

虽然卢氏的框架是以大肠杆菌为模型宿主建立的,但它有潜力被广泛用于描述多种宿主生物。“例如,我们发现,通过改变单个参数,框架成功地预测了鼠伤寒沙门氏菌和天蓝色链霉菌的几个关键宿主指标,包括RNA到蛋白质比例,每个细胞的RNA含量和平均肽伸长率, “路说。

据卢先生介绍,这项工作进一步推动了基因电路行为的定量认识,促进了基因网络设计从错误建设转向理性前向工程。通过系统地说明关键的细胞过程和多层电路 - 宿主相互作用,它进一步揭示了定量生物学,以更好地了解复杂的细菌生理学。

免疫治疗

推荐阅读:用于减少注射毒品人群中丙型肝炎感染的干预措施

本文地址:http://www.waikong.hk/news/jian-kang-xin-wen/27349.html
版权声明:本文为原创文章,版权归 维港健康_编辑方 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!
HPV疫苗
香港HPV疫苗预约平台

评论已关闭!