加州大學團隊開發出可以構建細胞內結構的合成基因

　　來自加州大學洛杉磯分校塞繆爾利工程學院和意大利羅馬大學的研究人員已經開發出了與活細胞基因功能相似的合成基因。

　　人工基因可以通過一個級聯序列構建細胞內結構，一個接一個地構建自組裝結構。這種方法類似于用模塊化單元建造家具，就像宜家（IKEA）的家具一樣。使用相同的部件，可以構建許多不同的東西，并且很容易將集合分開并重新構建其他部件。這一發現為使用一套簡單的構建模塊提供了一條途徑，這些模塊可以通過編程來制造復雜的生物分子材料，比如DNA瓦片中的納米管。同樣的組件也可以被編程來分解不同材料的設計。

　　這項研究最近發表在《Nature Communications》雜志上，由加州大學洛杉磯分校塞繆爾分校機械與航空航天工程和生物工程教授Elisa Franco領導。Daniela Sorrentino是弗朗哥動態核酸系統實驗室的博士后學者，是這項研究的第一作者。

　　加州大學洛杉磯分校機械和航空航天工程及生物工程教授Elisa Franco說：“我們的工作提出了一種通過利用分子自組裝指令的時間來擴大生物分子材料復雜性的方法，而不是通過增加攜帶這些指令的分子的數量。這指出了一種令人興奮的可能性，即通過簡單地重新連接控制組裝時間順序的元素，可以從相同的有限部件中自發地‘發展’出不同的材料。”

　　復雜的有機體是由一個單細胞經過連續的分裂和分化而形成的。這些過程涉及許多由基因級聯協調的生物分子，這些級聯指導基因激活的時間和位置。當接收到分子信號時，它會觸發一系列基因以特定的順序組裝，從而導致特定的生物反應。生物學中一個著名的例子是控制果蠅身體部分形成的基因級聯。在這個過程中，基因以正確的順序完美地定時觸發特定身體部位的形成。

　　“我們的想法是在實驗室里重現類似的基因級聯，根據基因激活的時間，可以誘導合成材料的形成或分解，”羅馬大學化學科學教授Francesco Ricci說。

　　在他們的研究中，研究人員使用了由一些合成DNA鏈組成的DNA瓦片的構建塊。然后，他們創造了一種包含數百萬個這種瓷磚的溶液，這些瓷磚相互作用，形成微米級的管狀結構。這種結構只有在觸發形成的特定RNA分子存在的情況下才能形成。不同的RNA觸發分子也可以誘導相同結構的分解。

　　然后，他們編寫了不同的合成基因，在特定的時間產生RNA觸發器，這樣DNA結構的形成和溶解就可以精確地定時。

　　通過將這些基因連接在一起，他們創造了一個合成的基因級聯，類似于果蠅的基因級聯，它不僅可以控制某種類型的DNA結構何時形成或溶解，還可以控制特定時間內其特定的組成特性。

　　Sorrentino說：“我們的方法并不局限于DNA結構，它可以擴展到依賴于生化信號時間的其他材料和系統。通過協調這些信號，我們可以為相同的組件分配不同的功能，創造出從相同部件自發進化的材料。這開啟了合成生物學令人興奮的進步，并為醫學和生物技術的新應用鋪平了道路。”