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《自然》：科学家用大肠杆菌创造出“遗传时钟”

2008.10.30

美国科学家在一项最新研究中，利用合成生物学方法，成功创造出了首个稳定、快速、可调的“遗传时钟”，它通过单个大肠杆菌细胞内部的荧光蛋白闪烁来计时。由于该时钟的闪烁速率会随着温度和能量源等环境条件改变，因此新成果有望为可感知环境信息的多种传感器奠定基础。相关论文10月29日在线发表于《自然》杂志。

图片说明：科学家创造出了首个稳定、快速、可调的遗传时钟。

(图片来源：UC San Diego Jacobs School of Engineering)

领导该项研究的是美国加州大学圣地亚哥分校的生物工程学教授Jeff Hasty，从做博士后研究开始，他就一直在进行活体遗传时钟的创建工作。据Hasty介绍，新时钟的本质是大肠杆菌中的一个遗传振荡器。它的核心部分是遗传网络的一个负反馈回路，包括了细胞制造出信使RNA和制造出功能蛋白质之间两分钟的时间延迟。除此之外，新系统中还存在一个正反馈回路，来让时钟更加有规律和有活力。论文合著者Matthew Bennett说，“看起来负反馈回路是‘核’，而正反馈回路是上面的‘糖衣’。”

利用特殊设计的微流平台，研究人员精确控制了单个大肠杆菌细胞的环境条件，并监控了其内部的基因功能振荡。结果表明，设计回路中的振荡具有显著的活力和持久性，几乎每个细胞在观测过程中都展现出了大幅度的荧光闪烁。同时，研究发现，可以通过改变诱导剂水平和温度等，来对振荡周期进行调整。该振荡周期最快为13分钟。

Hasty表示，一种 “三步走”的合成生物学方法是他的系统生物动力学实验室工作的基础。具体说来，首先要提出对特定系统的计算模型，然后从模型中开发出设计标准，最后构建出基于标准的基因网络，并且检验这些网络是否符合模型预测。该方法最大的特点在于，它先将一种想法编入计算模型中，然后利用模型来生成设计标准。

下一步可能的工作方向是同步大量大肠杆菌的内部时钟，这样一个试管中的细胞就会一致地闪烁。

(《自然》(Nature)，doi:10.1038/nature07389，Jesse Stricker, Jeff Hasty)

自然大肠杆菌 natrue

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