细胞角力电路简化了遗传实验

Phys · 企业 · 07月07日
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均衡器是一种合成电路,确保实验室培育的群体中细胞间基因表达的一致性。

实验室培育的细胞喜欢自己的方法,不管随机获得多少质粒,都能产生重组(也称为人工)蛋白质。但莱斯大学校友的直觉和辛勤工作将在很大程度上保护普通细胞。

杨金华(哈维)于2019年毕业于赖斯,获得生物工程学位,在贝勒医学院实验室实习期间,他看到了一个可以解决的问题。

他与贝勒神经科学家弗朗索瓦·圣皮埃尔(Fran ç ois St - Pierre)合作两年后,在《自然通讯》(Nature Communications)上发表了一项研究,详细介绍了他的"均衡器"(equalizer),这是一种合成电路,可以将哺乳动物细胞的基因表达保持在实验室研究它们的有用范围内。

这个项目在很大程度上依赖于杨,他现在是麻省理工学院的研究生,在水稻生物工程师Oleg Igoshin的指导下学到了什么, Oleg Igoshin是新论文的合着者。

生物工程和生物科学教授、生物工程副主席岩信(Igoshin)说: "这就是水稻低年级学生的好表现。当你在课堂上看到他们时,你也会向他们学习。在这种情况下,哈维的努力导致了两个实验室之间的新合作。 "

均衡器是一种"抗噪声"电路,确保细胞间基因表达的一致性,这是生物科学家获得准确实验结果所必需的。它结合了两个子电路:转录负反馈回路和转录后"不一致"前馈控制。它们一起最小化了蛋白质生产的变化。

这两个子电路通常不相互作用,但杨通过圣皮埃尔实验室的实验和与Igosin在计算模型上的协商表明,均衡器可以快速生成变化最小的细胞系。

"我们不是发明这些部件,而是发明了构建这些基因电路的配置, "杨致远在麻省理工学院的第二年说。 "在自然系统中,一些基因网络必须控制变异,以保持功能并保存其特性。我们能够使用基因调控网络的两个子电路来创建均衡器,在实验室中以类似的方式行事。 "

杨利用Rice BioEngineering为选修课提供的津贴,参加了Igoshin提供的计算系统生物学的每一门课程,包括为研究生提供的课程。然后,他找到了利用贝勒职位出现在水稻本科研究博览会上时所学到的东西的机会。

"使用质粒-基本上每个实验室都是这样-表达蛋白质的人确实有需求, "他说。 "问题是,在将质粒引入单个细胞后,质粒副本的数量将因细胞而异。由于这种差异,所产生的蛋白质表达水平将因细胞而异。

他说: "这就是为什么我们认为,如果我们有一个能够缓冲质粒拷贝差异的基因电路,那将是伟大的。 "

杨认为一个负反馈电路就能起作用。 "但我在实验室里测试了它,它没有那么好的效果。 "

这就是他与Igoshin同时进行的系统生物学培训所得到的回报。

"这与工程师的工作方式类似;他们制定计划,创建模型,然后构建他们的结构, "作为赖斯的系统、合成和物理生物学项目的一部分教授的井上说。 "在这种情况下,我们能够通过计算模型来展示有效性,然后在实验室中进行合成工程。 "

杨说,在大流行期间完成这项工作并不是一件小事,他必须在预测并深入他在麻省理工学院的研究生学习的同时解决签证问题。他说: "论文的框架在我离开赖斯之前就已经建立了,但我整个夏天都在研究它。 "我们提交了论文,评审人员有一些建议,导致了更多的建模和实验。 "

在麻省理工学院,杨继续将他的工作分为建模和实验,这次重点是细胞中基因组的三维组织如何调节基因表达。

"我很幸运地得到了奥列格在计算方面的指导, "他说。 "我能够深入研究模型的构建和预测,在尽量减少实验工作方面非常有价值。 "

赖斯大学

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