合成生物学用于开发一种新型的基因设计

理查德·费曼,20世纪最受人尊敬的物理学家之一,说“我不能创造什么,我不明白”。毫不奇怪,许多物理学家和数学家发现基本的生物过程,目的是精确识别的最小成分生成它们。一个例子是由阿兰·图灵自然观察的模式。的英国数学家证明在1952年可以解释一个完全均匀的组织可以用来创建一个复杂的胚胎,他在这里用了一个最简单的,最优雅的数学模型。这样的模型的结果之一是,显示的对称性由一个细胞或一个组织在一组条件下可以“打破”。然而,图灵是无法测试他的想法,花了70多年前的一个突破生物技术能够评估他们果断。图灵的梦想可以成为现实通过费曼的提议?基因工程已经证明。

现在,进化生物学研究所的一个研究小组(IBE),联合中心UPF值和西班牙国家研究委员会(CSIC),开发了一种新型的模型及其实现使用合成生物学可以再现对称性破损观察胚胎的最少的成分。

通过合成生物学研究小组成功实现(通过引入部分其他物种基因的大肠杆菌)机制来生成空间模式中观察到更复杂的动物,如黑腹果蝇(果蝇)或人类。在这项研究中,研究小组发现,改良的大肠杆菌菌株,一般生长在(对称)循环模式,在一朵花的形状做定期的花瓣,就像图灵曾预测。

“我们想在殖民地建立对称性破缺,是从未见过的大肠杆菌,但出现在的模式动物,然后发现是生成这些模式”的关键要素,萨尔瓦•Duran-Nebreda说进行了这个研究复杂系统实验室的博士学位,目前博士后研究员的IBE演化技术实验室。

细菌大肠杆菌形成模式引发的新的合成系统。信贷:乔迪Pla / ACS。

使用新的合成平台,研究团队是能够识别的参数调节空间格局的出现在大肠杆菌。“我们看到,通过调节三个成分我们可以诱导对称破坏。从本质上讲,我们改变了细胞分裂,细胞间粘附和长途通信能力(群体感应),也就是说,认为当有集体的决定”,Duran-Nebreda评论。

大肠杆菌的观察模型可以应用到更复杂的动物模型或昆虫群落设计原则。”以同样的方式,瀑样或微型器官可以帮助我们开发治疗无需诉诸动物模型,这种合成系统铺平了道路理解为普遍现象作为胚胎发育更简单体外系统”,里卡德唯一说ICREA研究员IBE,复杂系统组和的研究。

模型开发了在这项研究中,首先,胚胎发育可以理解一些关键事件。“我们必须把这个合成系统作为学习平台设计不同的基本生物学机制生成结构,如一步从一个受精卵的形成一个完整的有机体。此外,这些知识在机械和生物过程之间的边界,可能是非常有用的对于理解发育障碍”,Duran-Nebreda总结道。

参考:Duran-Nebreda年代,解放军J, Vidiella B,皮尼罗J, Conde-Pueyo N,唯一r .合成侧抑制周期性模式形成微生物菌落。ACS Synth杂志。2021年。doi: 10.1021 / acssynbio.0c00318。

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