新RNA轉(zhuǎn)錄變體可簡化生物線路

日期：2011-06-01 08:08:05

近年來，合成生物學(xué)發(fā)展迅速，研究人員給微生物設(shè)計的功能也越來越復(fù)雜，但在細(xì)胞行為的可預(yù)測性、安全性和高效性方面仍有很多難以解決的問題。據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)站5月30日（北京時間）報道，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室生物學(xué)家創(chuàng)造出一種能放大RNA（核糖核酸）轉(zhuǎn)錄信號的變體，可大大簡化控制細(xì)胞行為的生物線路，并將改變未來基因網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與構(gòu)建，使控制細(xì)胞行為在安全高效性上更進(jìn)一步。研究論文發(fā)表在最近出版的美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

合成生物學(xué)有兩個基本目標(biāo)，一是給標(biāo)準(zhǔn)化的基因制造相似的親屬家族，二是編程控制細(xì)胞行為，提高細(xì)胞行為的可預(yù)測性。細(xì)胞行為通常由多個不同的基因通過RNA機(jī)制來共同調(diào)控，合成生物學(xué)家正是利用RNA調(diào)控機(jī)制來編寫細(xì)胞的基因網(wǎng)絡(luò)程序，以達(dá)到某種特殊目的。但迄今為止，各種編程都需要增加蛋白質(zhì)以放大RNA的調(diào)控信號，這些蛋白質(zhì)增加了生物路線的復(fù)雜性。早期開發(fā)的大部分技術(shù)也因此在實驗中效率很低且出現(xiàn)大量失誤。

研究人員亞當(dāng)·阿金和同事不用增加蛋白質(zhì)，直接放大了RNA分子的調(diào)控信號。他們利用金黃色葡萄球菌細(xì)胞質(zhì)粒pT181中的一種基本元素，制造出了一種衰減子的變體。該變體能在同一個細(xì)胞中獨立調(diào)控多靶點的轉(zhuǎn)錄行為，但其功能與RNA媒介轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制相反，并通過RNA間的相互作用來執(zhí)行調(diào)控基因活性和轉(zhuǎn)錄的功能。研究人員隨后在最普通的埃希氏菌屬大腸桿菌（Escherichia coli）中驗證了其功能。

阿金說：“這種變體只是對天然RNA轉(zhuǎn)錄衰減子的結(jié)構(gòu)做了微小的正交改變而成，但其獨立控制轉(zhuǎn)錄過程就比基因網(wǎng)絡(luò)所需遵循的構(gòu)建規(guī)則更簡單。”之前的其他RNA調(diào)控機(jī)制，需要一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作多條線路，每個基因只能執(zhí)行整個控制功能中的部分任務(wù)，而他們制造的衰減子變體簡化了路線，能一次完成整個控制功能。

阿金還指出，這種利用自然界RNA系統(tǒng)構(gòu)造正交變體的策略也能用于其他基因調(diào)控機(jī)制，為RNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控提供了多種功能的新設(shè)計。他們利用RNA調(diào)控系統(tǒng)開發(fā)出一個完整且能升級的生物工程系統(tǒng)，最終制造出一種整合了主體線路設(shè)計與部署實施的革新型工具。