基于定向演化方法開發(fā)正交的合成生物學工具.pdf

1、隨著生物技術的發(fā)展，生物學的主要研究正在從單純的觀察實驗轉變到設計建造復雜的生物學系統(tǒng)，編程細胞使之產生所需的結構和功能。在這個過程中，合成生物學和系統(tǒng)生物學等的類似于工程設計類的研究發(fā)展很快。作為一個新興學科，合成生物學主要關注于通過工程學原理來理性設計細胞反應，獲取可以用于指導建造一個生物學系統(tǒng)或者一個微型的生物學通路所需要的信息，并且這些設計在生物技術，生物感應，醫(yī)藥等研究中往往也有很大的應用潛力。最初的合成生物學研究在設計簡單遺

2、傳回路并將其編程重組到細胞來實現(xiàn)一定的細胞功能取得了很多成果，但是這些遺傳回路設計較為簡單，不足以運用到更為復雜的基因網絡之中。設計思路更為復雜、參與的細胞組分更多的基因調控網絡需要進一步對基本的生物學調控元件進行進一步優(yōu)化。所以本研究從兩個層次來產生正交的，即并行運作的合成生物學工具:
　　1.突變蛋白質降解系統(tǒng)產生正交運行的降解集合
　　利用和設計蛋白質降解系統(tǒng)ClpXP-SsrA來處理合成生物學問題的研究在設計更好的生

3、物學系統(tǒng)中占據(jù)著很重要的作用。相互不干擾的降解系統(tǒng)可以促進對基因網絡更為精確的設計和建造。之前的研究發(fā)現(xiàn)了兩個不被野生型ClpX識別的SsrA變體，這可以作為研究的起點。本研究構建了一個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。但由于這些方法產生了很多假陽性的結果，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。要實現(xiàn)從大量的個體組合中找到合適的突變體

4、更多理性的設計。
　　2.改造轉錄因子實現(xiàn)并行運作
　　合成生物學的基本研究來自于利用、設計和改造轉錄因子和下游DNA,或者說形成魯棒性高的轉錄因子和DNA組合。實現(xiàn)轉錄因子-基因模塊可以極大促進構建高層次、可編程的網絡。以前的研究發(fā)現(xiàn)，作為細菌，特別是許多種類致病菌的毒性、自身活力調控、細菌社會性交流的重要方式，細菌的群體感應系統(tǒng)的轉錄因子LuxR可以識別很多種啟動子，雖然這些啟動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別lux box序列可以更好地設計基因調控通路，更好地理解群體感應系統(tǒng)高度等級化的結構。本研究利用定向演化的方法改造了LuxR的C terminal domain使之識別野生型不識別的lux box變體，從而最終實現(xiàn)了正交化轉錄因子-基因的建立。這些正交對在合成生物學網絡構建、群體感應系統(tǒng)等級結構的研究中有應用潛力。
　　通過上述兩個實驗，本研究實現(xiàn)了對生物學基本組分的改造，使之平行地與原