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清华大学谢震博士Nature子刊发表合成生物学突破性成果

来自清华大学、麻省理工学院的研究人员报告称,他们利用TALE转录抑制子(transcription activator–like effector repressor,TALER),模块化构建出了哺乳动物基因电路。这一重大的突破性成果发布在2月2日的《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)杂志上。


清华大学的谢震(Zhen Xie)博士以及麻省理工学院生物工程系的Ron Weiss教授是该论文的共同通讯作者。谢博士的主要研究方向为合成生物学,着重于哺乳动物细胞分子信息感知处理的基因元件、模块开发与定量描述,基因线路组装与基因组整合技术平台开发,以期开拓合成生物学在癌症基因治疗、细胞治疗和疫苗开发上的应用。


合成生物学是以工程学理论为指导,设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体,并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科。它涉及微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传学、材料科学以及计算机科学等多个学科。合成生物学代表了生物系统设计的新趋势,其诞生可以追溯到20世纪六七十年代出现的多种技术和认识,包括基因电路(genetic circuit)的研究、基因转录的蛋白调控以及DNA重组技术等(延伸阅读:Nature methods:合成生物学 )。


基因电路是指由一些基本元件构成的简易基因网络,可执行特定的功能行为。这些基本元件包括:决定基因转录的启动子序列、可与核糖体RNA结合并翻译成蛋白质的mRNA序列、可调控启动子活性并影响其他蛋白质合成的蛋白质、可终止转录的DNA序列、决定蛋白质和mRNA稳定性的结构域。每个元件具备特定的功能,最终完成基因电路的整体功能(Q5®超保真DNA聚合酶,超保真聚合酶上佳之选,点击获取相关信息 )。合理设计并采用标准化和可替换的元件,可预测性地构建出合成基因电路是合成生物学的一个重要目标。然而,当前由于较难获得特征明确的正交转录抑制蛋白限制了在哺乳动物细胞中构建复杂的基因电路。


在这篇文章中,研究人员报告称他们构建出了一个文库,其中包含的26个可逆性TALER,它们可通过对关键的转录起始元件造成位阻来与新设计的合成启动子结合。研究人员证实利用TALERs的输入-输出转移曲线(transfer curve),可以精确地预测模体化组装的串联TALER和基因开关电路。此外,他们还在Hela癌细胞中证实,以TALE基因开关作为microRNA的感应器,感应在HeLa细胞中过量表达的microRNA,可以提高对HeLa细胞进行分类的精确性。


这一新建的TALER文库为模体化操控合成电路提供了一个有价值的工具箱,将推动可程序化操控哺乳动物细胞,并将帮助更好地理解及利用转录调控及microRNA介导的转录后调控相结合的设计原则。


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