基本型人工基因線路

基本型的人工基因線路是基于生物學對生命系統的認識，以電子工程的方式設計、模擬并構建的基本生物控制器件，包括遺傳開關、生物振蕩器、計數器、脈沖信號產生器、邏輯信號門、信號過濾器等。2000?年，波士頓大學的?Collins?課題組設計出了第一個合成生物學功能模塊——轉錄水平的雙穩態開關（圖?1a）。該模塊成功地在大腸桿菌中實現了數學模型預測的雙穩態效應，可以作為基本型的遺傳開關使用。同年，普林斯頓大學的?Elowitz?和?Leibler?實現了更為復雜的功能模塊——基因表達振蕩器（圖?1b）。該器件利用?3?個基因模塊彼此間的抑制和解抑制作用實現了輸出信號的規律振蕩。以上兩項工作在理論和實驗層面證明了理性設計生物元器件的可能性，對合成生物學發展有重大指導意義，因此被稱為“合成生物學的里程碑”。作為邏輯電路的基本元件，過去?20?年間還出現了各種邏輯門，包括“與門”“非門”“或門”等。例如，一種“與門”利用帶有琥珀突變的?T7?噬菌體?RNA?聚合酶和能夠拯救琥珀突變的?tRNA?構建的獨立輸入信號，可以整合處理環境中任意兩種信號輸入并相應地給出下游輸出（圖?1c）。類似的邏輯門、基因開關和振蕩器等基本型人工基因線路不僅可由原核生物中各種基礎調控元件拼裝，還能由更復雜的調控元件和信號傳導元件構建而成，在真核生物乃至人體細胞中發揮功能。

圖 1基本型人工基因線路

（a）具備扳鍵開關功能的人工基因線路；（b）具備振蕩器功能的人工基因線路；（c）具備邏輯“與門”功能的人工基因線路

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