科学家在酵母细胞合成的记忆

哈佛医学院的研究人员已经成功地合成dna记忆循环在酵母细胞,发现标志着一个重大的一步合成生物学的新兴领域。

从随机构造的基因后的DNA,研究人员在实验室的教授帕梅拉银,教员在哈佛医学院的系统生物学,不仅重建的动态内存,而且还创建了一个数学模型,预测这种记忆“设备”可能是如何工作的。

“合成生物学是激动人心的领域,提供更多的可能性比许多人想象,“银说,论文的第一作者发表在9月15日出版的《基因与发育》杂志上。“虽然这只是一个概念验证实验的进步,我们已经建立了一个基本技术,可以设置的标准我们应该期望在随后的工作。”

像许多新兴领域,仍有一些不确定性,确切地说,合成生物学。问任何一个定义的三个科学家,你可能会得到四个答案。

一些看到它作为一种手段来提高生物技术产品的生产,如蛋白质、药物使用或其他种类的分子,环境治理。另外一些人认为它是一个意味着创建计算机平台可能绕过许多繁重的临床试验阶段。

在这种情况下,一个科学家类型的候选药物的化学结构为一台电脑,和一个程序包含模型的细胞代谢可以产生信息化合物的人会如何反应。

无论哪种方式,合成生物学的核心,可以归结为收集见解生物系统如何通过重建工作。如果您可以构建它,它迫使你理解它。

团队在银的哈佛医学院实验室由卡罗琳Ajo-Franklin,现在在劳伦斯伯克利国家实验室,博士后科学家大卫Drubin决定证明他们构建电路的遗传物质,但是他们也可以开发数学模型的预测能力匹配的任何电气工程系统。

说:“这是试金石Drubin,”即建立一个生物装置,正是你预测它会做什么。”

这个记忆循环的组件很简单:两个基因编码的蛋白质称为转录因子。

转录因子调节基因的活动。像手放在水龙头,转录因子将抓住特定的基因和控制多少,或多少,应该使特定的蛋白质的基因。

研究人员放置两个新合成,转录factor-coding基因导入酵母细胞,然后将细胞暴露于半乳糖(一种糖类)。第一个基因,旨在打开当暴露于半乳糖,创建了一个转录因子,抓起,从而激活,第二个基因。

在这一点上,反馈循环开始了。

第二个基因也创建了一个转录因子。但这转录因子,像一个飞去来器,回过神,绑定到相同的基因从它的起源,重新激活它。这导致基因再次创建同一转录因子,又原路返回,重新激活的基因。

换句话说,第二个基因不断交换本身通过转录因子它开启时创建的。

研究人员然后消除了半乳糖,导致第一个合成基因,整个过程已经启动,关闭。即使这个基因了,反馈循环继续。

“实际上发生了什么是细胞记得它被暴露于半乳糖,并继续通过这个内存的后裔,”Ajo-Franklin说。“所以很多细胞分裂后,反馈回路完好无损没有半乳糖或任何其他类型的分子触发器。”

最重要的是,整个建筑设备的指导下的数学模型,研究人员开发了。

说,“认为工程师建造桥梁的银。“他们设计定量模型来帮助他们了解这座桥能承受各种压力和重量,然后用这些方程以提高实际的物理模型。我们也做了同样的事情。事实上,我们的数学模型不仅预测我们的记忆是如何循环将工作,但它告诉我们如何合成基因。”

为合成生物学,这种特异性是至关重要的。“如果我们想要创造生物黑盒,也就是说,这样的基于基因电路,你可以插入到一个细胞,让它执行指定的任务,我们需要数学精度水平一样的那种进入创建计算机芯片,”她补充道。

研究人员目前正在努力扩大内存装置成一个更大,更复杂的电路,可以,例如,响应DNA损伤的细胞。

“有一天,我们想有一个全面的图书馆的这些所谓的黑匣子,“Drubin说。“你以同样的方式把一个组件从架子上并把它插到电路和得到一个预测反应,这就是我们一天想做的细胞。”