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  群体感应提供了一种动态方法,可提高对外部信号的灵敏度

  2010年1月21日

  加州大学圣地亚哥分校的研究人员去年通过基因工程改造细菌以通过打开和关闭细胞内的荧光蛋白来追踪时间,这为建立可编程遗传传感器迈出了一步。科学家们最近同步了这些细菌的“遗传时钟”。当环境条件发生变化时,一致地眨眼并设计细菌基因来改变它们的闪烁率。他们在1月21日出版的“自然”杂志上发表的一篇论文中详细介绍了最新成果,这是有朝一日建立遗传传感器的关键一步。通过监测细菌眨眼率的变化,为人类提供有关温度,毒物和环境中其他潜在危害的预先信息。可以看到显示UCSD团队闪烁的基因时钟的视频(此处为URL)。活细胞是合成生物学新领域的一个定义目标,“加州大学圣地亚哥分校生物学和生物工程学副教授杰夫·赫斯特说,他是加州大学圣地亚哥分校生物电路研究所副主任Lev Tsimring的研究小组的负责人。“Hasty博士及其同事使用了强大的遗传工具,得到了几十年的详细知识支持。美国国立卫生研究院国家普通医学研究所负责计算生物学资助的詹姆斯安德森说,细菌过程,创造一个能够实现合成生物学承诺的系统 - 设计生物体以满足迫切的社会需求。 “他们设计的振荡系统为开发可在基础研究,生物技术和医学中具有多种应用的高灵敏度传感器奠定了基础。” “对于物理学家和应用数学家来说,时钟和振荡器的同步通常是一个令人着迷的主题,”齐姆说。 “这开始于荷兰数学家和天文学家克里斯蒂安惠更斯,他在1665年偶然发现了这一发现,当时他在同一根木梁上悬挂了一对几乎相同的摆钟(他在8年前发明并申请了专利)。 ;“同步在物理学和生物学中起着至关重要的作用,作为一种自我组织高度规则行为的方式,而不那么完美的组件。从通信网络到GPS,这种现象在现代技术中具有无数的应用。我们的研究表明,一旦以特定方式耦合在一起,固有的噪声基因振荡器如何能够以美丽的同步性和规律性一起运作。“相关故事遗传特征的一致性被认为对于长期保存肾移植物至关重要物理学家识别致命细菌用来抵抗的简单机制关闭抗生素西班牙裔儿童中与ALL风险较高相关的第四个基因的遗传变异在过去的十年中,研究人员已经从活细胞中的遗传切换开关和振荡器连接到建立能够进行模式生成,噪声整形,边缘检测和事件计数的生物电路。在他们的最新发展中,加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用了一种细菌交流的细菌交换小分子。“众所周知,许多细菌物种通过称为群体感应的机制进行交流,即在它们之间传递小分子以触发各种行为,“冬冬说。 “已知其他细菌通过降解这些中继分子来破坏这种通信机制。”从不同的生物体中获取这些通信元素,Hasty和他的研究团队 - 包括UCSD生物工程研究生Tal Danino和Octavio Mondragon--设计并构建了一个网络中的遗传模型细菌大肠杆菌具有正反馈成分,可产生同步时钟群。

   Hasty表示,该赛道的架构类似于他的团队之前的基因时钟(参见:http://www.jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id = 790),但是群体感应组件允许相位信息 - 即细菌细胞之间的振荡 - 被传递。研究人员构建了精确控制两种不同尺度之间细菌菌落大小的装置:微米或百万分之一米,以及在微米尺度上,Hasty说殖民地的细胞同步振荡50到90分钟,这个时期可以在外部进行调整。但是,在更长或者毫米的尺度上,他指出,信号扩散的时间变得更加重要,允许研究人员实际观察信号在群体中的传播。“群体感应的使用是一种有前途的方法,可以提高动态响应的灵敏度和稳健性。最终信号,“冬冬说。 “实际上,同步通常有助于稳定由本质上噪声和不可靠元素的网络引起的期望行为。我们认为同步遗传时钟为使用微生物作为具有振荡输出的宏观生物传感器或在药物输送中使用同步周期信号的应用创造了条件。“来源:加州大学圣地亚哥分校

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