Gene-OFF开关将合成生物学工具箱

在追求明天的诊断,治疗,和bioproduced药品和精细化工,合成生物学家正在组装人工基因和模块化的网络监管元素,类似于计算机芯片的电子电路。引入细胞,这些网络可以感知生物信号,如病毒和炎症标记物,或化学物质,并产生一个记者反应信号,治疗性蛋白质或酶,这种酶能将一种物质转化为另一种形式。

向前迈了一步,一个团队从哈佛大学生物工程研究所和亚利桑那州立大学(ASU),坦佩最近设计了“Ribocomputing设备”,可以同时有多个生物RNA信号,作为“分子逻辑板。“只有一个输入信号存在的某些组合,是否产生所需的输出装置的蛋白质。另一个理想的监管元素合成生物学将是一个装置,可以做完全相反——有效地关闭一个蛋白质的表达在回应刺激不再是想要的。

现在的团队,来自西北大学的研究人员一起,埃文斯顿,伊利诺斯州和慕尼黑工业大学,开发了两种类型的可编程阻遏的元素可以关掉一个输出的生产蛋白质在合成生物学回路达300倍应对任何触发核苷酸序列。研究人员创建了一个超过100图书馆阻遏蛋白可供选择,与15可以并行工作在一个电路。此外,他们结合四阻遏元素普遍NAND(虚线)和盖茨和(或)在复杂的分子逻辑板计算的存在多个传入沉默一个核苷酸信号传出荧光记者信号。

“我们的阻遏开关设备新功能添加到合成生物学工具箱为研究人员设计合成生物电路,”殷共同通讯作者彭说。“他们有可能迎来更复杂的和准确的可能性下一代诊断应用程序在不同的地区,环境报告,以及生物制造。”

团队之前开发的“立足开关”,de novo-designed检测触发RNA的RNA链几乎任意序列来激活链编码蛋白质的RNA序列的翻译成蛋白质。互补地区立足开关时发针形般的结构形式,掩盖了短序列允许核糖体RNA分子机器翻译成蛋白质序列,结合设备并开始工作。传入的触发rna绑定到一个小的“立足之地”序列的开关,打开发夹到现在允许核糖体访问。

“阻遏开关rna,我们倒立足交换机的功能使用两种不同的策略。触发器现在RNA诱导结构改变开关中隐藏了核糖体绑定和翻译开始网站的编码蛋白质,从而使突然停下来翻译,“亚历山大·格林说,共同通讯作者的研究与阴。“通过设计、精炼和研究大型图书馆的阻遏开关元素,我们证明了“立足阻遏开关“实现高动态范围,允许我们强烈调制生产绿色荧光蛋白在大肠杆菌从非常高到非常低的水平——300倍。”

“略低动态范围,”三方结(3 wj)阻遏开关”可以更有效地组合成复杂的模块化电路感应多重触发rna没有互相干扰,“co-first作者Jongmin Kim说。金共享与格林研究生第一作者于周。“我们结合抑制因子等4元素在NAND和盖茨也有条件地停止输出蛋白的生产。重要的是,这些元素可以被自由地互换。”

3 wj阻遏开关的优化研究人员与朱利叶斯挚的西北大学开发了“SHAPE-Seq,”的方法,使科学家能够关联函数与他们的结构状态在活细胞中RNA分子。他的团队还独立开发其他类型的RNA-based阻遏蛋白使用不同的方法。

“这项研究非常说明Wyss研究所分子机器人主动从事跨学科协作活动和制度性的障碍来创建可编程移动设备,可以推动合成生物学,以满足现实世界的挑战,”唐纳德·因格贝尔Wyss创始董事说。

参考

金等。(2019)De novo-designed translation-repressing riboregulators多输入细胞逻辑。化学生物学性质。DOI: https://doi.org/10.1038/s41589 - 019 - 0388 - 1

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