Cell發布合成生物學重大成果：紙張基因網絡

日期：2014-10-31 08:45:02

自2000年首次亮相以來，合成生物學研究已經走過了十多個年頭，經過這些年的發展，這門學科已經成為了包含復雜生物系統，構建工程設計的一個充滿活力的研究學科。目前在合成和設計合成基因環路方面取得了許多重要的成果，但是要將這些環路用于實際應用，卻遇到了不少問題。

近期來自哈佛大學Wyss生物工程研究所，波士頓大學等處的研究人員發表了題為“Paper-Based Synthetic Gene Networks”的文章，公布了一種基于紙質的非細胞環路，也許能解決這一問題，這一設計將能用于構建低成本，高度可擴展平臺，被應用于特異性快速疾病診斷中。

這一研究成果公布在10月Cell雜志在線版上，同期也刊發了一篇評論性文章，介紹了這項重要的成果。

領導這一研究的是合成生物學的前沿科學家James J. Collins教授，合成生物學還是處于萌芽階段的學科，許多優秀的青年科學家用證明概念性的實驗相互稱奇并且發表充斥著整頁的數學公式的研究論文。而Collins是創造出由合成生物學發展的先進商業化技術的第一人。更進一步，他證明合成生物學已經為市場做好了準備，這遠遠快于其他人的預期。

合成基因網絡在重編程和生物機體改寫方面具有廣泛的用途，然而迄今為止還沒有一種方法，能利用這種網絡在實驗室和體內環境以外的強大功能。在這篇文章中，研究人員構建出了一種基于紙張的體外平臺，能為合成生物學家提供一種多用途可變系統，可以作為實驗室以外的工程基因網絡中介。

研究人員將市場上的無細胞系統凍干放置于紙張上，由此發展出價格低廉、無菌的非生物合成生物學技術，這能用于臨床醫療，全球健康，工業，研究和教育等多個方面。

作者表示，“為了能現場使用，我們構建了比色法檢測，能用于肉眼觀察，也創造了一種低成本、電子光學界面，便于使用。這一新技術配備有小分子和RNA遺傳開關驅動，復雜基因環路快速構建，程序化體外診斷，以及葡萄糖傳感器，特殊埃博拉病毒傳感器。”

Collins教授此前曾在合成生物學方面取得了許多重要的成果，譬如他曾在2004年第一次描述了最有前途的一項技術：一個RNA核糖調控子。它包含一段DNA序列，這段序列在經過基因工程改造過的病毒的攜帶下，整合到宿主細菌的基因組上。這段DNA接著產生一個環狀的信使RNA，信使RNA結合到核糖體(細胞內蛋白質工廠)上，就可以阻斷特定蛋白的生產。同樣，調控子也可以干相反的事情。為了開始合成這種蛋白質，也可以命令調控子停止阻斷核糖體。實際上，核糖體調控子使得科學家以接近100%的準確度和效率來控制蛋白質的生產。