在美國國家科學(xué)基金會的資助下，BIOFAB于2009年在加州成立，該機(jī)構(gòu)旨在建立標(biāo)準(zhǔn)化的DNA序列元件，以便更好的控制基因表達(dá)，推動合成生物學(xué)的發(fā)展。利用這些標(biāo)準(zhǔn)化的DNA序列，生物學(xué)家們只需插入各種基因就能夠進(jìn)行工程改造，獲得生產(chǎn)藥物或者執(zhí)行其他任務(wù)的特殊細(xì)胞。

BIOFAB就像是一家特殊的工廠，專門開發(fā)基因工程所需的DNA工具。日前，BIOFAB推出了他們的第一批產(chǎn)品，能夠在大腸桿菌中精確控制基因表達(dá)的DNA序列元件。

人們發(fā)現(xiàn)，即使是在相當(dāng)成熟的表達(dá)體系中（如E. coli），插入基因的表達(dá)也并不一定符合預(yù)期，這是目前合成生物學(xué)面臨的一個關(guān)鍵性障礙。

基因表達(dá)包括RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白翻譯，要想在細(xì)胞中表達(dá)目的基因，就需要在其上游添加一些識別序列。例如，合成RNA轉(zhuǎn)錄本需要啟動子序列，而蛋白翻譯需要核糖體結(jié)合位點RBS。過去三十年來，科學(xué)家們積累了大量上述序列，并利用它們來表達(dá)目的基因。不過，有些序列能力強(qiáng)，有些序列能力弱，導(dǎo)致RNA和蛋白的合成水平并不穩(wěn)定。

BIOFAB的Drew Endy和Adam Arkin在本周的Nature Methods雜志上發(fā)表了兩篇文章，指出上述DNA元件的作用效果難以預(yù)測。他們領(lǐng)導(dǎo)研究人員將許多不同的啟動子-RBS序列組合，插入到編碼熒光蛋白的基因前，然后檢測其中的蛋白合成水平。研究顯示，其后搭配的基因不同，各組合的作用效果也大相徑庭。

文章還引用了此前的一項發(fā)現(xiàn)指出，希望以特定水平表達(dá)蛋白的科學(xué)家們，實際只有50%的幾率獲得所需產(chǎn)量。這種基因表達(dá)的隨意性是合成生物學(xué)家們面臨的主要挑戰(zhàn)，因為他們往往需要建立多基因表達(dá)的系統(tǒng)。

為此，BIOFAB研究團(tuán)隊為大腸桿菌E. coli設(shè)計了不干擾下游DNA的啟動子和RBS序列。這些元件的作用效果與搭配的目的基因無關(guān)，能夠幫助科學(xué)家們更嚴(yán)格的控制基因表達(dá)。研究顯示，采用這些元件，大大提升了基因表達(dá)水平達(dá)到預(yù)期的幾率（約93%）。現(xiàn)在，研究者們可以通過網(wǎng)絡(luò)免費獲取這些序列（見http://www.biofab.org/data），Arkin的一些同事已經(jīng)開始從中受益。

此外，研究人員還設(shè)計了一個統(tǒng)計學(xué)方法，用來衡量啟動子和RBS序列的性能可變性。這一方法也適用于合成生物學(xué)中的其他遺傳學(xué)元件?？茖W(xué)家們可以在此基礎(chǔ)上建立各元件的規(guī)格表，使自己的研究和成果共享更為方便。