基于定向演化方法開發(fā)正交的合成生物學(xué)工具.pdf

1、隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物學(xué)的主要研究正在從單純的觀察實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變到設(shè)計(jì)建造復(fù)雜的生物學(xué)系統(tǒng)，編程細(xì)胞使之產(chǎn)生所需的結(jié)構(gòu)和功能。在這個(gè)過程中，合成生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等的類似于工程設(shè)計(jì)類的研究發(fā)展很快。作為一個(gè)新興學(xué)科，合成生物學(xué)主要關(guān)注于通過工程學(xué)原理來理性設(shè)計(jì)細(xì)胞反應(yīng)，獲取可以用于指導(dǎo)建造一個(gè)生物學(xué)系統(tǒng)或者一個(gè)微型的生物學(xué)通路所需要的信息，并且這些設(shè)計(jì)在生物技術(shù)，生物感應(yīng)，醫(yī)藥等研究中往往也有很大的應(yīng)用潛力。最初的合成生物學(xué)研究在設(shè)計(jì)簡單遺

2、傳回路并將其編程重組到細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)一定的細(xì)胞功能取得了很多成果，但是這些遺傳回路設(shè)計(jì)較為簡單，不足以運(yùn)用到更為復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)之中。設(shè)計(jì)思路更為復(fù)雜、參與的細(xì)胞組分更多的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)一步對(duì)基本的生物學(xué)調(diào)控元件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。所以本研究從兩個(gè)層次來產(chǎn)生正交的，即并行運(yùn)作的合成生物學(xué)工具:
　　1.突變蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)產(chǎn)生正交運(yùn)行的降解集合
　　利用和設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)ClpXP-SsrA來處理合成生物學(xué)問題的研究在設(shè)計(jì)更好的生

3、物學(xué)系統(tǒng)中占據(jù)著很重要的作用。相互不干擾的降解系統(tǒng)可以促進(jìn)對(duì)基因網(wǎng)絡(luò)更為精確的設(shè)計(jì)和建造。之前的研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)不被野生型ClpX識(shí)別的SsrA變體，這可以作為研究的起點(diǎn)。本研究構(gòu)建了一個(gè)ClpX的突變體庫，試圖用dual selection和screening的方法找到具有所需特性的ClpX突變體。但由于這些方法產(chǎn)生了很多假陽性的結(jié)果，因此很難高通量篩選蛋白降解系統(tǒng)突變體，并沒有得到合適的突變體。要實(shí)現(xiàn)從大量的個(gè)體組合中找到合適的突變體

4、更多理性的設(shè)計(jì)。
　　2.改造轉(zhuǎn)錄因子實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)作
　　合成生物學(xué)的基本研究來自于利用、設(shè)計(jì)和改造轉(zhuǎn)錄因子和下游DNA,或者說形成魯棒性高的轉(zhuǎn)錄因子和DNA組合。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子-基因模塊可以極大促進(jìn)構(gòu)建高層次、可編程的網(wǎng)絡(luò)。以前的研究發(fā)現(xiàn)，作為細(xì)菌，特別是許多種類致病菌的毒性、自身活力調(diào)控、細(xì)菌社會(huì)性交流的重要方式，細(xì)菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子LuxR可以識(shí)別很多種啟動(dòng)子，雖然這些啟動(dòng)子很多都包含一類叫l(wèi)uxbox的序列。所以

5、改造LuxR使得新的類型可以和野生型并行識(shí)別lux box序列可以更好地設(shè)計(jì)基因調(diào)控通路，更好地理解群體感應(yīng)系統(tǒng)高度等級(jí)化的結(jié)構(gòu)。本研究利用定向演化的方法改造了LuxR的C terminal domain使之識(shí)別野生型不識(shí)別的lux box變體，從而最終實(shí)現(xiàn)了正交化轉(zhuǎn)錄因子-基因的建立。這些正交對(duì)在合成生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、群體感應(yīng)系統(tǒng)等級(jí)結(jié)構(gòu)的研究中有應(yīng)用潛力。
　　通過上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，本研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物學(xué)基本組分的改造，使之平行地與原