我国科学家开发一种“精准-鲁棒性”基因路线设计原理

医疗 2022-03-18 16:29

合成生物学的发展使得在生命体中设计动态复杂功能成为可能。但合成生物学中人工基因路线稳定性差、功能脆弱、易受干扰等问题制约着通过合成生物学实现“设计生命”的进一步发展。理论的鲁棒性和实验的可操作性平衡是基因线路在复杂环境下执行预设功能的挑战，是实现“设计生命”的关键瓶颈问题之一。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院联合北京大学、中国科学院微生物研究所在《Nucleic Acids Research》发表题为“Synthetic robust perfect adaptation achieved by negative feedback coupling with linear weak positive feedback”的文章，提出了功能基因线路“精准-鲁棒性”设计原理，并以稳态自适应功能为例，成功地证实了这一设计原理的可行性。

研究团队设计了“两节点负反馈耦合缓冲节点线性正反馈”的新型基因线路。在该基因线路中，研究团队精准设计了线性正反馈的关键参数，其他鲁棒性设计参数在具有生物学意义的区间取任意值。理论上，满足线性正反馈关键参数的基因线路可鲁棒地完成自适应功能。通过实验，研究团队发现该基因线路在不同环境培养条件（环境鲁棒性）下完成了自适应功能。该基因线路还可以从大肠杆菌模式菌株转移到假单胞菌等其它菌株（宿主底盘鲁棒性），并且都能够完美地完成自适应功能，证明该基因线路的鲁棒性。

本研究提出的“精准-鲁棒性”原理，在环境易变性和宿主进化不稳定性的条件下实现了基因线路功能的可预测设计与构建，为下一步指导实际应用中基因线路设计提供了理论设计基础。

论文链接：https://academic.oup.com/nar/article/50/4/2377/6528902

注：此研究成果摘自《Nucleic Acids Research》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

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