计算机控制的“半自动化”酵母基因

2011-11-08 17:00 · wnnd

通过电脑控制闪光来开启和停止这种基因表达,“知道”如何去达到和维持所设定的水平。

科学家们已经成功地在计算机和一种普通酵母之间建立了一种反馈环,可以准确地启动和停止某些特定基因的表达。

这项破天荒的发现为今后控制生物流程开辟了道路,比如利用微生物制造生物燃料。

该项研究发表在《Nature Biotechnology》上。

这一相对简单技术能调控难以想象的复杂生化流程,从而获得理想结果。

“现在与很多人都在致力于做这样的事,比如,在细胞内部给细胞编码让其成为回路,或将基因放入细胞内等。”来自瑞士苏黎世科技联邦协会自动化控制实验室也是该项研究的领导者John Lygeros说,“然而结果都差强人意。”

Prof Lygeros和他的同事们采用的酵母是啤酒酵母——一种自古以来就被人们广泛用于酿造和烘焙的酵母。

啤酒酵母是一种为人们广泛应用且深入研究过的酵母

2002年发表于该杂志的另一篇文章显示,当啤酒暴露于光下时,它里面一种叫做光敏色素的分子就会发生变化:红光让其处于“活跃状态”,而远红光又会将其变回稳定态。

光敏色素的这种活性可以启动或者停止基因体系,从而来控制某种特定蛋白的合成。

Prof Lygeros和他的团队就是利用上述思路来确保当酵母开始产蛋白的时候基因自动开启,这可以通过“报告”分子自身发光来实现——这就是我们平时所说的荧光性。

这样一来,我们就可以通过照射红光来监控有多少酵母细胞会进行基因表达,也可以通过远红光来遏制基因的表达。

Prof Lygeros在BBC采访中说:“这个过程并不只是一个简单的开关问题,从实验角度来看,这是一件相当有挑战的事。荧光性并不是唯一的发现,这过程中还包含有许多化学反应。”

该团队还发明了一种计算机模型来监测准确地维持特定数量的基因表达需要多长时间的光照,

这项研究增加了人们将生物体自身微妙的自动化应用于实验中的科研意识。

最近,来自旧金山大学的科学家们表示,一个类似的方案能够引导细胞壁产生预设数量的蛋白质。

他们的发现可以帮助我们更好地了解细胞信号——一种细胞在有机体内进行协作的化学信号。

Prof Lygeros还说:“这种方法可以帮助我们去完成那些虽由来已久但由于需要大量劳动力而未能实现的基因工序。将合成回路强制植入细胞是相当困难的,所以,我们希望的是,可以通过外部信号来改良这个方案。举例来说,我们可以将此应用于生物燃料、抗菌制品等等一些人们以前通过基因工程来增加酵母反应的领域。”(生物探索译)

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