Science：基因工程迈入新纪元
莱斯大学的科学家们首次构建了一个由不同细胞组成的遗传学回路，使其彼此协作共同控制特定蛋白的表达。这一突破性成果发表在八月二十八日的Science杂志上。
研究人员希望通过控制细菌之间的交流，改变整个生物学系统。他们建立了与计算机回路相当的生物学回路，该回路能够做出群体水平上的应答。这一成果将有助于改造人类的肠道微生物组。
我们肠道里有许多不同种类的细菌，莱斯大学的合成生物学家Matthew Bennett说，“它们形成了一个很大的群落。基因工程菌进入肠道之后也会成为这个群落的一部分，彼此协作将能使其发挥更大的作用。”
为了验证这一点，Bennett等人设计了两种基因工程菌，通过调控细胞间信号传导所必需的蛋白，促使这两种细菌彼此协作。
改造细胞让其生产特定蛋白，这种基因工程技术已经相当成熟了。“过去人们主要是在改造单细胞，”Bennett说。“现在我们正向多细胞系统进军。我们想让细胞协调自己的行为，表现出群体水平上的应答，就像我们体内的天然过程一样。”
Bennett和同事在这方面获得了成功。他们构建了两种不同的大肠杆菌群体，并将其混合在一起结成联盟。这两种细菌承担了不同的工作，一种作为激活者（目标基因表达上调），一种作为抑制者（目标基因表达下调）。它们能在群体中建立基因转录的振荡，形成有规律的峰值和谷值。
研究显示，细菌群落中形成了相互关联的正、负反馈回路，控制目的蛋白的表达。当细菌分开培养的时候，蛋白表达的震荡就会消失。
研究人员指出，这项工作可以帮助人们理解细胞之间的交流，对于疾病治疗很有意义。“我们体内有很多不同类型的细胞，从皮肤细胞、肝细胞到胰腺细胞。这些细胞的行为彼此协调，以确保正常的身体机能，”Bennett指出。“它们往往通过小信号分子，来影响合作搭档的行为。”
“我们将这一原则应用到单细胞生物中，成功建立了多细胞系统。”未来，人们也许会吃下这样的生物学计算机，然后通过膳食对其进行编程。“举例来说，可以用基因工程菌制作一种酸奶。患者吃下之后，医生可以通过膳食分子启动或关闭这些细菌，进而在肠道内做出改变，”Bennett说。
