学家发现人工合成时钟与基因天然回路的奥妙

在一项新的研究中，来自美国哈佛大学和英国剑桥大学的研究人员成功地改善一种被称作压缩振荡子（repressilator）的人工合成时钟的准确性。他们描述了他们采取的步骤来降低这种生物系统中的噪声数量和它如何好地发挥作用。相关研究结果于2016年10月12日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Synchronous long-term oscillations in a synthetic gene circuit”。针对这项研究，来自美国加州理工学院的Xiaojing Gao和Michael Elowitz发表一篇“新闻与评论”类型的论文，论文标题为“Synthetic biology： Precision timing in a cell”，并且解释了他们的研究结果如何可能改善对天然基因回路的理解。

科学家们已注意到一些活细胞—比如作为生物钟一部分的那些细胞---在追踪时间上表现出的高精度，并且试图复制这种过程。16年前，Michael Elowitz和Stanislas Leibler开发出如今被称作压缩振荡子---一种人工合成的振荡性基因回路---的东西。他们的结果已表明在实验室设计和构建基因回路是可行的。所构建出的基因回路能够发挥功能，但是噪声较大，因而并不比天然的细胞时钟那么准确。在这项新的研究中，研究人员对这种压缩振荡子的几个设计步骤进行改善，每次改善都极大地降低噪声数量，而且通过这样做，增加它的精准度。

这种压缩振荡子是利用结合到位于靶向抑制的一个基因附近的DNA序列上的阻遏蛋白而被制造出来的。三种阻遏蛋白被制造出，当一种阻遏蛋白表达增加时，它导致第二种阻遏蛋白表达下降，接着这会导致第三种阻遏蛋白表达增加，如此一来，产生表达振荡---这些行为受到报告分子的监控。

不幸的是，每种振荡会受到被视为噪声的随机波动的干扰。为了降低这种噪声，研究人员将这些报告分子整合到这种压缩振荡子中，对这些阻遏蛋白进行改造，使得它们遭受降解，以便降低制造出的阻遏蛋白编码基因的拷贝数量，同时增加这三种阻遏蛋白中的一种与DNA序列之间的结合阈值。

在对这些改进进行测试时，研究人员发现他们将振荡周期长度的标准差从35%降低到仅仅14%，Gao和Elowitz将14%描述为高精度---足够好而允许大量细胞保持同步。（生物谷Bioon.com)