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《自然》:科学家利用大肠杆菌创造出遗传时钟

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日期:2008-10-31 来源:科学网
内容提示:美国科学家在一项最新研究中,利用合成生物学方法,成功创造出了首个稳定、快速、可调的“遗传时钟”,它通过单个大肠杆菌细胞内部的荧光蛋白闪烁来计时。由于该时钟的闪烁速率会随着温度和能量源等环境条件改变,因此新成果有望为可感知环境信息的多种传感器奠定基础。领导该项研究的是美国加州大学圣地亚哥分校的生物工..

美国科学家在一项最新研究中,利用合成生物学方法,成功创造出了首个稳定、快速、可调的“遗传时钟”,它通过单个大肠杆菌细胞内部的荧光蛋白闪烁来计时。由于该时钟的闪烁速率会随着温度和能量源等环境条件改变,因此新成果有望为可感知环境信息的多种传感器奠定基础。相关论文10月29日在线发表于《自然》杂志。

领导该项研究的是美国加州大学圣地亚哥分校的生物工程学教授JeffHasty,从做博士后研究开始,他就一直在进行活体遗传时钟的创建工作。据Hasty介绍,新时钟的本质是大肠杆菌中的一个遗传振荡器。它的核心部分是遗传网络的一个负反馈回路,包括了细胞制造出信使RNA和制造出功能蛋白质之间两分钟的时间延迟。除此之外,新系统中还存在一个正反馈回路,来让时钟更加有规律和有活力。论文合著者MatthewBennett说,“看起来负反馈回路是‘核’,而正反馈回路是上面的‘糖衣’。”

利用特殊设计的微流平台,研究人员精确控制了单个大肠杆菌细胞的环境条件,并监控了其内部的基因功能振荡。结果表明,设计回路中的振荡具有显著的活力和持久性,几乎每个细胞在观测过程中都展现出了大幅度的荧光闪烁。同时,研究发现,可以通过改变诱导剂水平和温度等,来对振荡周期进行调整。该振荡周期最快为13分钟。

Hasty表示,一种“三步走”的合成生物学方法是他的系统生物动力学实验室工作的基础。具体说来,首先要提出对特定系统的计算模型,然后从模型中开发出设计标准,最后构建出基于标准的基因网络,并且检验这些网络是否符合模型预测。该方法最大的特点在于,它先将一种想法编入计算模型中,然后利用模型来生成设计标准。

下一步可能的工作方向是同步大量大肠杆菌的内部时钟,这样一个试管中的细胞就会一致地闪烁。

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