據(jù)英國廣播公司（BBC）11月6日報(bào)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(jì)算機(jī)和普通釀酒酵母之間形成了一個(gè)“反饋環(huán)”,，可用計(jì)算機(jī)精確地控制酵母菌內(nèi)特定基因的打開和關(guān)閉,，這項(xiàng)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(jìn)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(dòng)化研究所所長約翰·萊格熱斯表示,，在最新研究中，計(jì)算機(jī)通過控制閃光可打開和關(guān)閉某個(gè)特定基因的表達(dá),，讓該基因“學(xué)會(huì)”達(dá)到和維持一個(gè)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(xì)胞內(nèi)部給細(xì)胞編碼讓其成為電路，或?qū)⒒蚍湃爰?xì)胞內(nèi)等,，然而結(jié)果都差強(qiáng)人意,。
萊格熱斯和同事用釀酒酵母開始實(shí)驗(yàn)，釀酒酵母在現(xiàn)代分子和細(xì)胞生物學(xué)中一般被用作真核模式生物,，供科學(xué)家進(jìn)行各種生物實(shí)驗(yàn),。2002年，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)釀酒酵母暴露于光線下時(shí),，其體內(nèi)一種名為光敏素的分子會(huì)發(fā)生變化：紅光讓其處于“活躍狀態(tài)”，而遠(yuǎn)紅光又會(huì)將其變回穩(wěn)定態(tài),，這表明光敏素的活動(dòng)能讓制造給定蛋白的基因機(jī)制打開或關(guān)閉,。
萊格熱斯研究團(tuán)隊(duì)使用上述技巧來確保當(dāng)釀酒酵母制造特定蛋白時(shí)，會(huì)將相應(yīng)的基因打開,；使用一個(gè)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(dòng)”,。他們制造出了一個(gè)控制環(huán)：當(dāng)紅光照射時(shí)，可追蹤有多少個(gè)酵母細(xì)胞正在表達(dá)該基因,；也可用遠(yuǎn)紅光來抑制這種基因表達(dá),。該研究團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，以追蹤每次光照應(yīng)持續(xù)多長時(shí)間才能精確地讓特定數(shù)量的基因表達(dá)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(jī)制能被用于很多實(shí)驗(yàn)中,，這些實(shí)驗(yàn)有助于我們更好地理解細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)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.
