據(jù)英國廣播公司（BBC）11月6日報道,，瑞士科學(xué)家在最新一期《自然—生物技術(shù)》雜志撰文指出,，他們成功地在計算機和普通釀酒酵母之間形成了一個“反饋環(huán)”,，可用計算機精確地控制酵母菌內(nèi)特定基因的打開和關(guān)閉，這項創(chuàng)新方法可對利用微生物制造生物燃料或抗體等生物過程進行精確控制,。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者,、瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院蘇黎世分校自動化研究所所長約翰·萊格熱斯表示，在最新研究中，計算機通過控制閃光可打開和關(guān)閉某個特定基因的表達,，讓該基因“學(xué)會”達到和維持一個給定值,。這是一種相對比較簡單的方法，能讓科學(xué)家們很好地控制復(fù)雜的生物化學(xué)過程來得到滿意的結(jié)果,。此前已有很多科學(xué)家嘗試過其他方法,，比如在細胞內(nèi)部給細胞編碼讓其成為電路，或?qū)⒒蚍湃爰毎麅?nèi)等,，然而結(jié)果都差強人意,。
萊格熱斯和同事用釀酒酵母開始實驗，釀酒酵母在現(xiàn)代分子和細胞生物學(xué)中一般被用作真核模式生物,，供科學(xué)家進行各種生物實驗,。2002年，一項研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)釀酒酵母暴露于光線下時,，其體內(nèi)一種名為光敏素的分子會發(fā)生變化：紅光讓其處于“活躍狀態(tài)”，而遠紅光又會將其變回穩(wěn)定態(tài),，這表明光敏素的活動能讓制造給定蛋白的基因機制打開或關(guān)閉,。
萊格熱斯研究團隊使用上述技巧來確保當(dāng)釀酒酵母制造特定蛋白時，會將相應(yīng)的基因打開,；使用一個在發(fā)射熒光過程中自身能發(fā)光的“信使”分子也能追蹤這種酵母菌的“一舉一動”,。他們制造出了一個控制環(huán)：當(dāng)紅光照射時，可追蹤有多少個酵母細胞正在表達該基因,；也可用遠紅光來抑制這種基因表達,。該研究團隊還研發(fā)出了一個計算機模型，以追蹤每次光照應(yīng)持續(xù)多長時間才能精確地讓特定數(shù)量的基因表達得以維持,。
科學(xué)家們表示,，最新研究表明，生命內(nèi)精確而微妙的生物機制能被用于很多實驗中,，這些實驗有助于我們更好地理解細胞信號傳導(dǎo)機制,。最新研究還有望應(yīng)用于生物燃料或抗體的制造過程中，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)來增加產(chǎn)量,。（生物谷 Bioon.com）
doi:10.1038/nbt.2018
PMC:
PMID:
In silico feedback for in vivo regulation of a gene expression circuit
Andreas Milias-Argeitis, Sean Summers, Jacob Stewart-Ornstein, Ignacio Zuleta, David Pincus, Hana El-Samad, Mustafa Khammash & John Lygeros
We show that difficulties in regulating cellular behavior with synthetic biological circuits may be circumvented using in silico feedback control. By tracking a circuit's output in Saccharomyces cerevisiae in real time, we precisely control its behavior using an in silico feedback algorithm to compute regulatory inputs implemented through a genetically encoded light-responsive module. Moving control functions outside the cell should enable more sophisticated manipulation of cellular processes whenever real-time measurements of cellular variables are possible.
