一种定量的、可复制的方法来研究甚至预测基因的表达

EPFL生物网络表征实验室（LBNC）的科学家开发了一种定量的、可复制的方法来研究甚至预测基因的表达。

科学家通常将特定DNA序列插入细胞，然后观察细胞反应来研究基因表达。但这是一种劳动密集型方法，从一个实验到另一个实验可能存在差异。

EPFL生物网络表征实验室（LBNC）的科学家开发了一种定量的、可复制的方法来研究甚至预测基因的表达。

该方法采用无细胞系统和高通量微流体装置相结合。他们的工作建立了一个合成生物的逻辑门，未来可用来修改细胞功能。这项研究发表在《PNAS》杂志。

微通道和无细胞工艺

Nadanai Laohakunakorn是本文的合著者，他解释了该方法的工作原理：首先，我们从细胞内提取物质，该“无细胞”系统由酶和化学物质组成，细胞原本利用这些酶和化学物质进行正常的生物过程。有趣的是，我们通过以高能磷酸盐和DNA的形式向其中添加“燃料”和信息，就能启动细胞外基因表达。因为这个过程与活细胞中的情况非常相似，所以我们可以利用我们的平台来研究一系列生物现象，而不必每次都修改活的细胞。

1毛钱1个反应的无细胞蛋白质合成

为了对基因进行定量研究，科学家们在一个微流控芯片上监测数千个无细胞反应。“我们能够同时测试几种不同情况，建立一个合成转录因子定量库，这让我们可以预测给定蛋白对基因的影响，”另一位合著者Zoe Swank说。“我们的方法也可以扩展到构建相当复杂的系统。”

该平台有几个有点：首先，无细胞系统可以模仿细胞内系统，但它们明显简单得多，而且它们的机制还可以数学建模。这意味着，它们可以通过将更复杂的生物现象分解成更简单的片段来理解整体。

第二，无细胞系统坚固耐用，冷冻（甚至冷冻干燥）后仍可以保持稳定，使其能够大规模生产，并应用于从低成本诊断到按需生产生物制品（如疫苗）的个性化医疗。

第三，由于它们不是活的，无细胞系统可以用来生产超出传统生物制造方法范围的化合物，不会对实验室环境之外造成生物污染或自我复制。

生物逻辑门

作为研究的一部分，他们从库中收集了一些基因来构建生物逻辑门。在电子技术中，逻辑门接收电子信号输入，进行计算，并产生二进制输出：1或0。同样，科学家的生物逻辑门接收转录因子输入，并产生一个二元输出：该基因开启（激活）或关闭（抑制）。

DNA自己编织自己，织出炫丽图案

“许多逻辑门天然存在于活细胞内，细胞利用它们来调节正常生物功能，”Laohakunakorn说。“例如，通过构建人工们，我们可以将新功能引入细胞用于治疗。无细胞系统是朝这个方向迈出的第一步，未来的工作可能包括使用平台优化转录因子设计，然后将其直接部署到无细胞应用程序中，或者将它们重新导入活细胞中。”