不同微生物宿主中通用基因回路的功能可预测性

在过去的20年里，合成生物学家一直试图在活细胞中构建生物电路，以实现特定的行为，如布尔逻辑门、信号滤波器、振荡器、状态机、传感器和遗传控制器。通过将遗传“部分”与某些换向逻辑连接起来，电路从零开始自下而上地构建

然而，这些成就在很大程度上仅限于少数模式生物，如大肠杆菌和酿酒酵母。由于宿主特异性基因表达机制、代谢和不同的DNA载体，将这些遗传部分转移到非模式生物是具有挑战性的

因此，开发能够在多个生物体中稳健和可预测地运行的通用遗传回路至关重要。理想的通用遗传回路应该与宿主环境绝缘，包括细胞外、细胞和遗传环境

来自北京大学欧阳和钱实验室以及中国科学院娄实验室的一个合作团队在《定量生物学》杂志上发表了一篇题为“不同微生物宿主中通用基因回路的功能可预测性”的文章

通过开发一个定量框架来探索非模式生物中生物部分的普遍性和可靠性，该团队在四种微生物宿主中表征了通用遗传部分，即T7 RNA聚合酶激活模块和一组转录抑制模块，包括链霉菌、谷氨酸棒杆菌、恶臭假单胞菌和大肠杆菌。基于这些部分的良好通用性，严格证明了遗传回路的功能可预测性

跨不同物种的遗传回路自下而上的设计管道始于源自细菌和噬菌体的转录调控元件的标准化，用单一反应模型对这些元件进行基准测试，以确保它们在宿主生物体中的一致性

在此之后，通过详细建模对零件进行组合表征和参数化。定义这些部件行为的关键参数是从测量中提取的，并分类为固有的或特定于主机的。最后，将标准化的部件组合成复杂的电路，并使用组合建模和模拟来预测不同宿主生物体中的电路行为

浙江大学的王宝军教授在同一期发表的评论中写道：“这些发现为可预测地设计和调谐具有复杂功能的通用遗传电路铺平了道路，并在实现不同主机中通用电路的设计自动化方面具有巨大潜力。” More information: Chenrui Qin et al, Functional predictability of universal gene circuits in diverse microbial hosts, Quantitative Biology (2024). DOI: 10.1002/qub2.41