我國科學(xué)家開發(fā)一種“精準(zhǔn)-魯棒性”基因路線設(shè)計原理

合成生物學(xué)的發(fā)展使得在生命體中設(shè)計動態(tài)復(fù)雜功能成為可能。但合成生物學(xué)中人工基因路線穩(wěn)定性差、功能脆弱、易受干擾等問題制約著通過合成生物學(xué)實(shí)現(xiàn)“設(shè)計生命”的進(jìn)一步發(fā)展。理論的魯棒性和實(shí)驗(yàn)的可操作性平衡是基因線路在復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行預(yù)設(shè)功能的挑戰(zhàn)，是實(shí)現(xiàn)“設(shè)計生命”的關(guān)鍵瓶頸問題之一。

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合北京大學(xué)、中國科學(xué)院微生物研究所在《Nucleic Acids Research》發(fā)表題為“Synthetic robust perfect adaptation achieved by negative feedback coupling with linear weak positive feedback”的文章，提出了功能基因線路“精準(zhǔn)-魯棒性”設(shè)計原理，并以穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)功能為例，成功地證實(shí)了這一設(shè)計原理的可行性。

研究團(tuán)隊設(shè)計了“兩節(jié)點(diǎn)負(fù)反饋耦合緩沖節(jié)點(diǎn)線性正反饋”的新型基因線路。在該基因線路中，研究團(tuán)隊精準(zhǔn)設(shè)計了線性正反饋的關(guān)鍵參數(shù)，其他魯棒性設(shè)計參數(shù)在具有生物學(xué)意義的區(qū)間取任意值。理論上，滿足線性正反饋關(guān)鍵參數(shù)的基因線路可魯棒地完成自適應(yīng)功能。通過實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)該基因線路在不同環(huán)境培養(yǎng)條件（環(huán)境魯棒性）下完成了自適應(yīng)功能。該基因線路還可以從大腸桿菌模式菌株轉(zhuǎn)移到假單胞菌等其它菌株（宿主底盤魯棒性），并且都能夠完美地完成自適應(yīng)功能，證明該基因線路的魯棒性。

本研究提出的“精準(zhǔn)-魯棒性”原理，在環(huán)境易變性和宿主進(jìn)化不穩(wěn)定性的條件下實(shí)現(xiàn)了基因線路功能的可預(yù)測設(shè)計與構(gòu)建，為下一步指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用中基因線路設(shè)計提供了理論設(shè)計基礎(chǔ)。

論文鏈接：https://academic.oup.com/nar/article/50/4/2377/6528902

注：此研究成果摘自《Nucleic Acids Research》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。

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