12、合成生物系统的设计与控制

合成生物系统的设计与控制

合成电路设计

合成电路设计可分为开关、振荡器和群体行为三类。

开关

开关样功能对组织工程中的细胞表型诱导很重要，可通过遗传网络的双稳态结构实现。
- 基因开关 ：如大肠杆菌中的基因开关，涉及LacI和CIts基因的相互抑制。数值分析表明，两个基因表达速率的平衡对稳定性很重要。当表达速率平衡时，细胞在体内表现出双稳态；不平衡时则表现为单稳态。
- 表观遗传开关 ：在哺乳动物细胞中，构建了类似的表观遗传开关，涉及大肠杆菌红霉素抗性基因E和原始霉素诱导蛋白PIP的相互抑制。
- RNA调控转录级联计数器 ：在大肠杆菌中实现了对诱导的状态转换。该计数器涉及通过cr结合到RBS序列来抑制RNA聚合酶的产生，形成茎 - 环结构。当化学输入驱动非编码RNA taRNA时，茎 - 环结构被解开，从而启动基因转录。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(LacI和CIts基因):::process -->|相互抑制| B(基因开关):::process
    C(基因E和PIP):::process -->|相互抑制| D(表观遗传开关):::process
    E(cr结合RBS):::process -->|抑制| F(RNA聚合酶产生):::process
    G(化学输入):::pro