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      合成生物邏輯門有一天可用于修改細胞功能
      
			
      
				2019-03-27 09:20:00
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      活細胞中的基因被稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白激活 - 或不激活 - 。這些蛋白質(zhì)激活某些基因并使其他基因失活的機制在許多生物過程中起著重要作用。然而，這些機制非常復(fù)雜，科學(xué)家們花了數(shù)年時間試圖解開他們的秘密。
      

      合成生物邏輯門有一天可用于修改細胞功能
      

      科學(xué)家通常通過將特定的DNA序列引入細胞并觀察細胞如何反應(yīng)來研究基因表達。但是這種勞動密集型方法很復(fù)雜，并且可能因?qū)嶒灦悺Ｔ谙蚯斑~出的重要一步，由塞巴斯蒂安·馬克爾(Sebastian Maerkl)領(lǐng)導(dǎo)的EPFL生物網(wǎng)絡(luò)特征化實驗室(LBNC)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種用于研究甚至預(yù)測基因表達的定量，可復(fù)制的方法。它使用無細胞系統(tǒng)與高通量微流體裝置相結(jié)合。他們的工作使他們能夠建立一個合成的生物邏輯門，有朝一日可以用它來修改細胞功能。該研究已在PNAS上發(fā)表。
      

      微通道和無細胞過程
      

      該研究的合著者Nadanai Laohakunakorn解釋了該方法的工作原理：“首先，我們從細胞內(nèi)部提取物質(zhì)。這種'無細胞'系統(tǒng)由細胞用來進行正常生物過程的酶和化學(xué)物質(zhì)組成。我們可以通過以高能磷酸鹽和DNA的形式向提取物提供燃料和信息來重新啟動細胞外的基因表達。因為這個過程非常類似于活細胞中發(fā)生的事情，我們可以使用我們的平臺調(diào)查一系列的生物現(xiàn)象，而不必每次修改活細胞。“
      

      對于他們對基因表達的定量研究，科學(xué)家在微流體芯片上檢查了數(shù)千個無細胞反應(yīng) - 即用于操縱微觀量液體的裝置。“我們能夠測試幾種不同的情景并構(gòu)建合成轉(zhuǎn)錄因子的定量庫，這使我們能夠預(yù)測給定蛋白質(zhì)對基因的影響，”該研究的另一位合著者Zoe Swank說。“我們的方法可以擴展到構(gòu)建相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。”
      

      其次，無細胞系統(tǒng)是堅固的并且在冷凍(甚至冷凍干燥)后保持穩(wěn)定，這允許它們大規(guī)模生產(chǎn)并部署在從低成本診斷到生物制劑的按需生產(chǎn)的應(yīng)用中 - 例如作為疫苗 - 用于個性化醫(yī)療。第三，由于它們不存在，無細胞系統(tǒng)可用于生產(chǎn)超出傳統(tǒng)生物制造方法范圍的化合物。并且它們不會在實驗室環(huán)境之外產(chǎn)生自我復(fù)制或生物污染的風(fēng)險。科學(xué)家的方法有幾個優(yōu)點。首先，無細胞系統(tǒng)可以模擬細胞內(nèi)的系統(tǒng)，但它們更簡單，并且它們的機制可以用數(shù)學(xué)方式建模。這意味著它們可以通過將它們分解為更簡單的部分來幫助理解更復(fù)雜的生物現(xiàn)象。
      

      生物邏輯門
      

      作為他們研究的一部分，研究人員從他們的文庫中匯集了許多基因來構(gòu)建生物邏輯門。在電子學(xué)中，邏輯門接收電子信號的輸入，執(zhí)行計算，并生成二進制輸出：一或零。類似地，科學(xué)家的生物邏輯門接受轉(zhuǎn)錄因子的輸入并產(chǎn)生二進制輸出：基因處于(激活)或關(guān)閉(抑制)。
      

      “活細胞中存在許多自然存在的邏輯門，用它來調(diào)節(jié)正常的生物功能，”Laohakunakorn說。“通過構(gòu)建人工門，我們獲得了將新功能引入細胞用于治療目的的能力，例如。無細胞系統(tǒng)是朝著這個方向邁出的第一步，未來的工作可能涉及使用以下方法優(yōu)化轉(zhuǎn)錄因子的設(shè)計。平臺，直接在無細胞應(yīng)用中部署它們，或者將它們重新引入活細胞。“
      
			

			
        
      
			
      
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