基本型人工基因線(xiàn)路

基本型的人工基因線(xiàn)路是基于生物學(xué)對(duì)生命系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，以電子工程的方式設(shè)計(jì)、模擬并構(gòu)建的基本生物控制器件，包括遺傳開(kāi)關(guān)、生物振蕩器、計(jì)數(shù)器、脈沖信號(hào)產(chǎn)生器、邏輯信號(hào)門(mén)、信號(hào)過(guò)濾器等。2000?年，波士頓大學(xué)的?Collins?課題組設(shè)計(jì)出了第一個(gè)合成生物學(xué)功能模塊——轉(zhuǎn)錄水平的雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)（圖?1a）。該模塊成功地在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)，可以作為基本型的遺傳開(kāi)關(guān)使用。同年，普林斯頓大學(xué)的?Elowitz?和?Leibler?實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的功能模塊——基因表達(dá)振蕩器（圖?1b）。該器件利用?3?個(gè)基因模塊彼此間的抑制和解抑制作用實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)的規(guī)律振蕩。以上兩項(xiàng)工作在理論和實(shí)驗(yàn)層面證明了理性設(shè)計(jì)生物元器件的可能性，對(duì)合成生物學(xué)發(fā)展有重大指導(dǎo)意義，因此被稱(chēng)為“合成生物學(xué)的里程碑”。作為邏輯電路的基本元件，過(guò)去?20?年間還出現(xiàn)了各種邏輯門(mén)，包括“與門(mén)”“非門(mén)”“或門(mén)”等。例如，一種“與門(mén)”利用帶有琥珀突變的?T7?噬菌體?RNA?聚合酶和能夠拯救琥珀突變的?tRNA?構(gòu)建的獨(dú)立輸入信號(hào)，可以整合處理環(huán)境中任意兩種信號(hào)輸入并相應(yīng)地給出下游輸出（圖?1c）。類(lèi)似的邏輯門(mén)、基因開(kāi)關(guān)和振蕩器等基本型人工基因線(xiàn)路不僅可由原核生物中各種基礎(chǔ)調(diào)控元件拼裝，還能由更復(fù)雜的調(diào)控元件和信號(hào)傳導(dǎo)元件構(gòu)建而成，在真核生物乃至人體細(xì)胞中發(fā)揮功能。

圖 1基本型人工基因線(xiàn)路

（a）具備扳鍵開(kāi)關(guān)功能的人工基因線(xiàn)路；（b）具備振蕩器功能的人工基因線(xiàn)路；（c）具備邏輯“與門(mén)”功能的人工基因線(xiàn)路

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