萊斯大學(xué)的科學(xué)家們首次構(gòu)建了一個由不同細(xì)胞組成的遺傳學(xué)回路，使其彼此協(xié)作共同控制特定蛋白的表達(dá)。這一突破性成果發(fā)表在八月二十八日的Science雜志上。

研究人員希望通過控制細(xì)菌之間的交流，改變整個生物學(xué)系統(tǒng)。他們建立了與計算機(jī)回路相當(dāng)?shù)纳飳W(xué)回路，該回路能夠做出群體水平上的應(yīng)答。這一成果將有助于改造人類的腸道微生物組。

我們腸道里有許多不同種類的細(xì)菌，萊斯大學(xué)的合成生物學(xué)家Matthew Bennett說，“它們形成了一個很大的群落。基因工程菌進(jìn)入腸道之后也會成為這個群落的一部分，彼此協(xié)作將能使其發(fā)揮更大的作用。”

為了驗證這一點，Bennett等人設(shè)計了兩種基因工程菌，通過調(diào)控細(xì)胞間信號傳導(dǎo)所必需的蛋白，促使這兩種細(xì)菌彼此協(xié)作。

改造細(xì)胞讓其生產(chǎn)特定蛋白，這種基因工程技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。“過去人們主要是在改造單細(xì)胞，”Bennett說。“現(xiàn)在我們正向多細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)軍。我們想讓細(xì)胞協(xié)調(diào)自己的行為，表現(xiàn)出群體水平上的應(yīng)答，就像我們體內(nèi)的天然過程一樣。”

Bennett和同事在這方面獲得了成功。他們構(gòu)建了兩種不同的大腸桿菌群體，并將其混合在一起結(jié)成聯(lián)盟。這兩種細(xì)菌承擔(dān)了不同的工作，一種作為激活者（目標(biāo)基因表達(dá)上調(diào)），一種作為抑制者（目標(biāo)基因表達(dá)下調(diào)）。它們能在群體中建立基因轉(zhuǎn)錄的振蕩，形成有規(guī)律的峰值和谷值。

研究顯示，細(xì)菌群落中形成了相互關(guān)聯(lián)的正、負(fù)反饋回路，控制目的蛋白的表達(dá)。當(dāng)細(xì)菌分開培養(yǎng)的時候，蛋白表達(dá)的震蕩就會消失。

研究人員指出，這項工作可以幫助人們理解細(xì)胞之間的交流，對于疾病治療很有意義。“我們體內(nèi)有很多不同類型的細(xì)胞，從皮膚細(xì)胞、肝細(xì)胞到胰腺細(xì)胞。這些細(xì)胞的行為彼此協(xié)調(diào)，以確保正常的身體機(jī)能，”Bennett指出。“它們往往通過小信號分子，來影響合作搭檔的行為。”

“我們將這一原則應(yīng)用到單細(xì)胞生物中，成功建立了多細(xì)胞系統(tǒng)。”未來，人們也許會吃下這樣的生物學(xué)計算機(jī)，然后通過膳食對其進(jìn)行編程。“舉例來說，可以用基因工程菌制作一種酸奶?；颊叱韵轮?，醫(yī)生可以通過膳食分子啟動或關(guān)閉這些細(xì)菌，進(jìn)而在腸道內(nèi)做出改變，”Bennett說。