專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子同步的電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步的電路結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子
(repressilator)同步的電路結(jié)構(gòu)，該電路結(jié)構(gòu)基于耦合機(jī)制和外部控制手段， 用于實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間repress ilator電路同步，屬于合成生物學(xué)4支術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
過去的幾個(gè)世紀(jì)，分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)方面的發(fā)展呈現(xiàn)了爆發(fā)式的增 長(zhǎng)，對(duì)于生命的理解也趨向于統(tǒng)一，就是人類可以完整認(rèn)識(shí)生命過程并加以預(yù) 測(cè)，甚至精確控制細(xì)胞活動(dòng)。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的累積，基因工程的發(fā)展以 及生物學(xué)與工程技術(shù)的大量結(jié)合，合成生物學(xué)開始出現(xiàn)并快速發(fā)展起來。基因 電路作為合成生物學(xué)研究的領(lǐng)域之一，通過設(shè)計(jì)和構(gòu)建生命體中不存在的生物 組件和系統(tǒng)，有助于解決能源、材料、健康和環(huán)保等問題。
基因電路將復(fù)雜的生物學(xué)功能抽象成分子濃度的變化，把注意力集中于系 統(tǒng)的輸入輸出，并由此合成了多種單元電路。隨著基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的不斷 提高，如何協(xié)調(diào)各單元電路的時(shí)間、空間特性，使其完成特定的生物學(xué)功能， 成為限制基因電路發(fā)展的重要問題，repressilator電路的同步更是近年來基因電 路研究的熱點(diǎn)。而且對(duì)基因電路同步性的研究，有助于理解生物體體現(xiàn)出的各 種自然節(jié)律現(xiàn)象，比如心臟在竇房結(jié)處的搏動(dòng)、上視束交叉核處的晝夜節(jié)律時(shí)鐘等。
在基因電路的同步性方面，國(guó)外的學(xué)者的研究大多集中在時(shí)鐘電路原型的建 立和性能分析上。Elowitz最先構(gòu)建了一個(gè)由三個(gè)抑制子構(gòu)成的振蕩基因網(wǎng)絡(luò)， 稱為repressilator。它不屬于生物體內(nèi)的自然振蕩網(wǎng)絡(luò)，如果動(dòng)力學(xué)參數(shù)合理匹 配的話，系統(tǒng)會(huì)以規(guī)律的周期和幅度振蕩，并隨細(xì)胞的分裂向外傳播。Basu構(gòu) 建了一個(gè)人工多細(xì)胞系統(tǒng)，接收細(xì)胞內(nèi)含有沖激信號(hào)產(chǎn)生電路，周圍的發(fā)送細(xì) 胞產(chǎn)生信號(hào)分子之后，接收細(xì)胞可以對(duì)此信號(hào)產(chǎn)生短暫的響應(yīng)。沖激信號(hào)的幅 度和響應(yīng)時(shí)間不僅取決于誘導(dǎo)物最后的濃度，同樣取決于誘導(dǎo)物增加的速率，
3這樣就賦予了系統(tǒng)獨(dú)特的時(shí)空特性。Vilar等人也利用生物體內(nèi)以24小時(shí)為周期 的自然時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了細(xì)胞間的振蕩系統(tǒng)。之后的研究對(duì)于振蕩電路的模型改 進(jìn)、性能提升、噪聲抑制方面都有很大改進(jìn)。目前，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間基因電路的同 步的常用方法有耦合機(jī)制和外部控制兩種。Garcia-Ojalvo借筌革蘭氏陰性菌中 的群體感應(yīng)機(jī)制，利用耦合機(jī)制實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞間repressilator的同步。外部控制手 段可以是周期變化的光照、溫度或者周期注入的抑制蛋白，前兩者雖然是自然 界中普遍存在的時(shí)鐘同步的方式，但是無論是模型還是可操作性都存在許多未 知的方面。Wang在Garcia-Ojalvo同步電路的基礎(chǔ)上，通過周期注入的自體i秀導(dǎo) 分子，限制多細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力特性趨向一致，對(duì)周期和幅度變化范圍大的系統(tǒng)同 樣適用。但是，這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)就是它以轉(zhuǎn)錄因子作為各振蕩子之間的時(shí)鐘信 號(hào)，這就要求網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有門控的啟動(dòng)子都對(duì)同一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子敏感，限制了振蕩 子的數(shù)目；由于自然界中轉(zhuǎn)錄因子的抑制子是比較少的，因此效率也不是很高。 或者時(shí)鐘也可以是由實(shí)驗(yàn)者由外部提供的控制信號(hào)。以終止基因表達(dá)為基礎(chǔ)的 開關(guān)電路就是這樣一種系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)錄因子和其他信號(hào)蛋白均由外加的位 于啟動(dòng)子和基因之間的終止子控制。這種系統(tǒng)很好的滿足了系統(tǒng)對(duì)于時(shí)鐘全局 性、易操作性、靈活性的要求，然而終止子和反終止子分別作用于系統(tǒng)內(nèi)不同 電路時(shí)它們之間的相互影響也是不可避免的。
此外，基因電路是與電子電路相對(duì)而言的，由于分子生物固有的復(fù)雜性和 我們對(duì)于基因電路動(dòng)力學(xué)參數(shù)依然存在許多不了解的方面，在對(duì)基因電路分析 的過程中可以借鑒電子電路中許多成熟的理論和方法。Alexandre在他的論文中 建立了 一個(gè)類似于基因電路中振蕩器的模擬電路，通過比較全局匹配和全局外 部控制的效果，分析多個(gè)振蕩子之間的同步性。
發(fā)明內(nèi)容
1、 目的本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子同步的電路結(jié)構(gòu)，該 電路克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，它是基于耦合機(jī)制和外部控制兩種方法，揚(yáng)長(zhǎng)避 短，優(yōu)化組合設(shè)計(jì)而成。其仿真結(jié)果顯示，相同條件下同步效果更好，可操作 性更強(qiáng)。
2、 技術(shù)方案本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子同步的電路結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的電 路結(jié)構(gòu)如下該電路由repressilator電路模塊、同步信號(hào)生成模塊以及連接 repressilator沖莫塊與同步信號(hào)生成模塊的細(xì)胞間通訊才莫塊三部分組成；所述
4repressilator電路才莫塊，由PLteto廣cI、入Pr- lacl 、 PLlac()1-tetR三個(gè)反相器構(gòu)成， cl基因取自入噬菌體，lacl基因取自大腸桿菌，tetR基因取自四環(huán)素可抑制轉(zhuǎn) 位子TnlO, PLtet()1、 APR 、 PuadM分別是cI基因、lacl基因、tetR基因可抑制的 啟動(dòng)子，PUetoi~cI的輸出接入PR- lacl的輸入，入PR- lacl的輸出接PLiac()1 -tetR的
輸入，Puac(n-tetR的輸出接PLtet(h"Cl的輸入，首尾相接構(gòu)成回路，其中A PR-lad
反相器同時(shí)與細(xì)胞間通訊模塊的AHL-LuxR連接；所述同步信號(hào)生成才莫塊，由
PBAD啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成，n基因取自A噬菌體，PBAD啟動(dòng)子來自阿拉伯糖操縱
子，外部周期注入的L-阿拉伯糖作為該模塊的輸入，該模塊的輸出信號(hào)N蛋白 作用于細(xì)胞間通訊模塊的化3終止子；所述細(xì)胞間通訊模塊，由Ptrp-luxl反相器 及兩者之間的tu終止子、高斯氨酸內(nèi)酯(AHL)、 LuxR蛋白構(gòu)成，AHL是一種 可自由出入細(xì)胞膜的小分子物質(zhì)，Pt^-luxl反相器的輸出信號(hào)Luxl蛋白是AHL 生成所必需的酶，AHL生成后與LuxR蛋白的復(fù)合物AHL-LuxR是該才莫塊的輸 出信號(hào)，對(duì)repressilator電路模塊中的入PR- lacl反相器起誘導(dǎo)作用。
各模塊之間的連接是同步信號(hào)生成模塊的輸入為外部控制，即L-阿拉伯
糖濃度，它作為終止信號(hào)生成電路的輸入，誘導(dǎo)PBAD啟動(dòng)子啟動(dòng)n基因的表達(dá)，
輸出的N蛋白濃度作用于細(xì)胞間通訊模塊的tu終止子，發(fā)揮反終止作用，控制 各細(xì)胞之間耦合的有無及耦合力的大小，細(xì)胞間通訊模塊的輸出信號(hào)AHL-LuxR 復(fù)合物，可以誘導(dǎo)repressilator模塊中l(wèi)acl基因的表達(dá)，由此三個(gè)模塊構(gòu)成了完 整的細(xì)月包間repressilator同步電路。
工作原理是本發(fā)明涉及的細(xì)胞間repressilator同步電路，通過控制外部周 期注入的L-阿拉伯糖，從而控制N蛋白的產(chǎn)生與否，而在N蛋白濃度為低時(shí)， 由于tu的終止作用，Luxl蛋白的表達(dá)幾乎全被終止，因此各細(xì)胞內(nèi)repressilator 之間幾乎沒有影響，它們以各自的周期和幅度振蕩。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)N蛋白濃度為高 時(shí)，Luxl蛋白的表達(dá)迅速增加，在Luxl酶的催化作用下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高斯氨 酸內(nèi)酯(AHL)的小分子物質(zhì)，這種物質(zhì)可以通過擴(kuò)散的方式自由出入細(xì)胞膜， 從而通過AHL的濃度變化在細(xì)胞之間建立起一種通信機(jī)制。而AHL與LuxR 蛋白結(jié)合之后對(duì)于LacI蛋白的表達(dá)具有誘導(dǎo)作用，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)AHL濃度發(fā)生變 化時(shí)，相應(yīng)的會(huì)改變Lacl蛋白的濃度，也就改變了 repressilator振蕩的周期和 相位。仿真結(jié)果證實(shí)，改變外部注入的周期、幅度、占空比等參數(shù)均會(huì)對(duì)同步 性能的好壞產(chǎn)生一定影響，也就可以得到同步性能較好時(shí)，各參數(shù)的范圍。
從以上細(xì)胞間repressilator同步電路的工作原理中可以看出，不僅利用了細(xì) 胞間耦合機(jī)制在實(shí)現(xiàn)同步時(shí)的高效性，同時(shí)也借鑒了外部控制手段在實(shí)現(xiàn)同步時(shí)的靈活、可操作性，綜合兩種方法，彌補(bǔ)了耦合;^幾制在repressilator周期、相 位差別較大時(shí)的耦合不足，減弱了單純外部控制時(shí)，對(duì)噪聲的敏感。
圖1是細(xì)胞間r印ressilator同步電路的示意圖。通過控制外部周期注入的L-阿拉伯糖，從而控制N蛋白的產(chǎn)生與否，而在N蛋白濃度為低時(shí)，Luxl蛋白 的表達(dá)幾乎全被終止，因此各細(xì)胞內(nèi)repressilator之間幾乎沒有影響，它們以各 自的周期和幅度振蕩。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)N蛋白濃度為高時(shí)，LuxI蛋白的表達(dá)迅速增加， 在LuxI酶的催化作用下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高斯氨酸內(nèi)酯(AHL)的小分子物質(zhì)，這 種物質(zhì)可以通過擴(kuò)散的方式自由出入細(xì)胞膜，從而通過AHL的濃度變化在細(xì)胞 之間建立起一種通信機(jī)制。而AHL與LuxR蛋白結(jié)合之后對(duì)于CI蛋白的表達(dá) 具有誘導(dǎo)作用，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)AHL濃度發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的會(huì)改變CI蛋白的濃度， 也就改變了 repressilator振蕩的周期和相位。
圖2是repressilator電路的示意圖。笫一個(gè)抑制蛋白lacl，抑制第二個(gè)基因 tetR的轉(zhuǎn)錄，它的蛋白產(chǎn)物可以抑制第三個(gè)基因cl的表達(dá)，而CI蛋白又抑制 lacl基因的表達(dá)，/人而構(gòu)成一個(gè)回環(huán)。Repressilator中的三個(gè)基因來自于不同的 物種，說明這個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)并不是自然界中存在的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，而是人工合成的， 是人工基因電路的典型代表。
圖3是細(xì)胞間通訊模塊示意圖，此模塊是附加在repressilator電路上的，目 的是在大量包含repressilator的電路之間建立耦合機(jī)制，這里釆用的方法就是群 體感應(yīng)。由革蘭氏陰性菌中的群體感應(yīng)可知，該種群細(xì)胞釋放出一種信號(hào)分子， 可自由出入細(xì)胞膜，當(dāng)環(huán)境中該信號(hào)分子的濃度累積到一定程度，此信號(hào)分子 便于受體蛋白結(jié)合形成復(fù)合物。該復(fù)合物的生成促進(jìn)了一種酶基因的表達(dá)，而 這種酶是后續(xù)基因的表達(dá)所必須的。
圖4是同步信號(hào)生成電路模塊，由一個(gè)可誘導(dǎo)啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成。啟動(dòng) 子PBAD可以被L-阿拉伯糖誘導(dǎo)，同時(shí)也受AraC轉(zhuǎn)錄因子和環(huán)腺苷酸(cAMP) 調(diào)控。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平為低時(shí)，可滿足后兩個(gè)條件，此時(shí)，控制L-阿拉伯 糖的濃度即可以控制N蛋白的表達(dá)與否。N蛋白濃度高時(shí)，RNA聚合酶通過反 終止蛋白特異性地識(shí)別RNA的結(jié)構(gòu)，或與終止子位點(diǎn)的相互作用后，無法識(shí)別 終止子，從而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。這個(gè)過程類似于門控機(jī)制，細(xì)胞內(nèi)不存在反終止蛋白 時(shí)，RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄到終止子處，停止轉(zhuǎn)錄，即"開關(guān)"打開，基因無法表達(dá)； 反之，細(xì)胞內(nèi)反終止蛋白濃度達(dá)到一定范圍后，終止子的功能幾乎全部被抑制， RNA聚合酶通讀終止子，即"開關(guān)"關(guān)閉，基因得以順利表達(dá)。
3、優(yōu)點(diǎn)及功效200910076690.8
說明書第5/7頁(yè)
(1) 本發(fā)明所涉及的利用耦合機(jī)制和外部控制手段實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間repressilator電路同步的方法，克服了耦合機(jī)制無法控制同步起始的問題；
(2) 本發(fā)明所涉及的同步電路，改善了外部控制手段魯棒性差的缺點(diǎn)，相同條件下同步效果更好；
(3) 本發(fā)明所涉及的同步電路，從同步性能參數(shù)RX).9時(shí)，外部注入的周期、幅度、占空比等參數(shù)的范圍，可知該電路具有較好的抗干擾能力；
(4) 本發(fā)明所涉及的同步電路，各模塊均來自與相對(duì)研究比較深入的領(lǐng)域，對(duì)模型的仿真基本可以準(zhǔn)確反映電路的性能。
(四)
圖1細(xì)胞間repressilator同步電路示意2細(xì)胞間通訊;漠塊示意3反終止作用機(jī)制示意4 repressilator結(jié)構(gòu)示意中符號(hào)說明如下
'Puetoi、人Pr、 Puacoi、 P沖、PsAD代表各啟動(dòng)子；cl、 lacl、 tetR、 luxl、 n代表各基因；luxR是一種群體感應(yīng)調(diào)控蛋白；AHL是高絲氨酸內(nèi)酯。
(五)
具體實(shí)施例方式
見圖1、圖2、圖3、圖4所示， 一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子(repressilator)同步的電路結(jié)構(gòu)，具體實(shí)施如下
本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子同步的電路結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)如下該電路由repressilator電路模塊、同步信號(hào)生成模塊以及連接repressilator模塊與同步信號(hào)生成模塊的細(xì)胞間通訊模塊三部分組成；所述repressilator電路模塊，
由PLtet0廣cI、人Pr曙lad 、 PuaeO廣tetR三個(gè)反相器構(gòu)成，cl基因取自入逸菌體，
lacl基因取自大腸桿菌，tetR基因取自四環(huán)素可抑制轉(zhuǎn)位子TnlO,PLtet(H、 XPR 、Puacoi分別是cl基因、lacl基因、tetR基因可抑制的啟動(dòng)子，PLtet()1~cI的輸出接入PR- lacl的輸入，入PR- lacl的輸出接PUacoi-tetR的輸入，PUac()1-tetR的輸出接PLtetoi"Cl的輸入，首尾相接構(gòu)成回路，其中XPR- lacl反相器同時(shí)與細(xì)胞間通訊模塊的AHL-LuxR連接；所述同步信號(hào)生成模塊，由PsAD啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成，n基因取自入謹(jǐn)菌體，PBAD啟動(dòng)子來自阿拉伯糖操縱子，外部周期注入的L-阿拉伯糖作為該模塊的輸入，該模塊的輸出信號(hào)N蛋白作用于細(xì)胞間通訊模塊的
tL3終止子；所述細(xì)胞間通訊模塊，由P的-1UXI反相器及兩者之間的tu終止子、
高斯氨酸內(nèi)酯(AHL)、 LuxR蛋白構(gòu)成，AHL是一種可自由出入細(xì)胞膜的小分子物質(zhì)，P昨-luxI反相器的輸出信號(hào)LuxI蛋白是AHL生成所必需的酶，AHL生成后與LuxR蛋白的復(fù)合物AHL-LuxR是該模塊的輸出信號(hào)，對(duì)repressilator電路模塊中的入PR- lacl反相器起誘導(dǎo)作用。
各模塊之間的連接是同步信號(hào)生成沖莫塊的輸入為外部控制，即L-阿拉伯
糖濃度，它作為終止信號(hào)生成電路的輸入，誘導(dǎo)PBAD啟動(dòng)子啟動(dòng)n基因的表達(dá)，輸出的N蛋白濃度作用于細(xì)胞間通訊模塊的tL3終止子，發(fā)揮反終止作用，控制
各細(xì)胞之間耦合的有無及耦合力的大小，細(xì)胞間通訊模塊的輸出信號(hào)AHL-LuxR復(fù)合物，可以誘導(dǎo)repressilator模塊中l(wèi)acl基因的表達(dá)，由此三個(gè)模塊構(gòu)成了完整的細(xì)胞間repressilator同步電路。
圖1是細(xì)胞間repressilator同步電路的示意圖。通過控制外部周期注入的L-阿拉伯糖，從而控制N蛋白的產(chǎn)生與否，而在N蛋白濃度為低時(shí)，Luxl蛋白的表達(dá)幾乎全被終止，因此各細(xì)胞內(nèi)repressilator之間幾乎沒有影響，它們以各自的周期和幅度振蕩。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)N蛋白濃度為高時(shí),LuxI蛋白的表達(dá)迅速增加，在LuxI酶的催化作用下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高斯氨酸內(nèi)酯(AHL)的小分子物質(zhì)，這種物質(zhì)可以通過擴(kuò)散的方式自由出入細(xì)胞膜，從而通過AHL的濃度變化在細(xì)胞之間建立起一種通信才幾制。而AHL與LuxR蛋白結(jié)合之后對(duì)于CI蛋白的表達(dá)具有誘導(dǎo)作用，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)AHL濃度發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的會(huì)改變CI蛋白的濃度，也就改變了 repressilator振蕩的周期和相位。
圖2是repressilator模塊的示意圖。R印ressilator是人工基因電路的典型代表，它所涉及到的基因來自于不同的物種，包括PUe n-cI、 JVPR- lacl 、Puaco廠tetR三個(gè)反相器，XPR啟動(dòng)子啟動(dòng)lacl基因的表達(dá)，PLtet01啟動(dòng)子啟動(dòng)cl
基因的表達(dá)，Puac(M啟動(dòng)子啟動(dòng)tetR基因的表達(dá)，同時(shí)，各基因的表達(dá)受到抑制
蛋白的抑制作用。人PR-lacI的產(chǎn)物lacI蛋白，抑制P^c(n-tetR的轉(zhuǎn)錄；PUac()rtetR的蛋白產(chǎn)物TetR可以抑制PLtet01~cI的表達(dá);PLtet()1"Cl的產(chǎn)物CI蛋白抑制人PR- lacl的表達(dá)，從而構(gòu)成一個(gè)回環(huán)。當(dāng)各反相器參數(shù)匹配得當(dāng)，repressilator處于非穩(wěn)態(tài)時(shí)，Lacl蛋白、CI蛋白、TetR蛋白的濃度會(huì)以一定的周期和幅度振蕩。
圖3是細(xì)胞間通訊模塊示意圖，P怖啟動(dòng)子啟動(dòng)luxl基因的表達(dá)，但是由于tL3終止子的終止作用，無法經(jīng)翻譯生成Luxl蛋白，也就無法生成AHL,輸出的AHL-LuxR濃度也為低。當(dāng)N反終止蛋白濃度大于75nM時(shí)，RNA聚合酶在轉(zhuǎn)
8錄的過程中忽略終止子，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄并翻譯生成Luxl蛋白。Luxl蛋白對(duì)AHL的 生成有催化作用，生成AHL之后，由于擴(kuò)散作用，AHL可自由出入細(xì)胞膜，細(xì) 胞內(nèi)的AHL與LuxR蛋白結(jié)合后的復(fù)合物濃度隨AHL濃度的升高隨之增高，直 到飽和。
圖4是同步信號(hào)生成模塊示意圖，由PBAD啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成。啟動(dòng)子PBAD
可以被L-阿拉伯糖誘導(dǎo)，同時(shí)也受AraC轉(zhuǎn)錄因子和環(huán)腺苷酸(cAMP )調(diào)控。 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平為低時(shí)，可滿足后兩個(gè)條件，此時(shí)，控制L-阿拉伯糖的濃 度即可以控制N蛋白的表達(dá)與否。外部控制手段，即L-阿拉伯糖濃度高時(shí)，誘 導(dǎo)n基因表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)N蛋白濃度為高，反之，則細(xì)胞內(nèi)N蛋白濃度為低。
從以上細(xì)胞間repressilator同步電路可以看出，它不僅利用了細(xì)胞間耦合機(jī) 制在實(shí)現(xiàn)同步時(shí)的高效性，同時(shí)也借鑒了外部控制手段在實(shí)現(xiàn)同步時(shí)的靈活、 可操作性，綜合兩種方法，彌補(bǔ)了耦合機(jī)制在repressilator周期、相位差別較大 時(shí)的耦合不足，減弱了單純外部控制時(shí)，對(duì)噪聲的敏感。
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權(quán)利要求
1、一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子同步的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該電路由repressilator電路模塊、同步信號(hào)生成模塊以及連接repressilator模塊與同步信號(hào)生成模塊的細(xì)胞間通訊模塊三部分組成；所述repressilator電路模塊，由PLtet01-cI、λPR-lacI、PLlac01-tetR三個(gè)反相器構(gòu)成，cI基因取自λ噬菌體，lacI基因取自大腸桿菌，tetR基因取自四環(huán)素可抑制轉(zhuǎn)位子Tn10，PLtet01、λPR、PLlac01分別是cI基因、lacI基因、tetR基因可抑制的啟動(dòng)子，PLtet01-cI的輸出接λPR-lacI的輸入，λPR-lacI的輸出接PLlac01-tetR的輸入，PLlac01-tetR的輸出接PLtet01-cI的輸入，首尾相接構(gòu)成回路，其中λPR-lacI反相器同時(shí)與細(xì)胞間通訊模塊的AHL-LuxR連接；所述同步信號(hào)生成模塊，由PBAD啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成，n基因取自λ噬菌體，PBAD啟動(dòng)子來自阿拉伯糖操縱子，外部周期注入的L-阿拉伯糖作為該模塊的輸入，該模塊的輸出信號(hào)N蛋白作用于細(xì)胞間通訊模塊的tL3終止子；所述細(xì)胞間通訊模塊，由Ptrp-luxI反相器及兩者之間的tL3終止子、高斯氨酸內(nèi)酯AHL、LuxR蛋白構(gòu)成，AHL是一種可自由出入細(xì)胞膜的小分子物質(zhì)，Ptrp-luxI反相器的輸出信號(hào)LuxI蛋白是AHL生成所必需的酶，AHL生成后與LuxR蛋白的復(fù)合物AHL-LuxR是該模塊的輸出信號(hào)，對(duì)repressilator電路模塊中的λPR-lacI反相器起誘導(dǎo)作用；各模塊之間的連接是同步信號(hào)生成模塊的輸入為外部控制，即L-阿拉伯糖濃度，它作為終止信號(hào)生成電路的輸入，誘導(dǎo)PBAD啟動(dòng)子啟動(dòng)n基因的表達(dá)，輸出的N蛋白濃度作用于細(xì)胞間通訊模塊的tL3終止子，發(fā)揮反終止作用，控制各細(xì)胞之間耦合的有無及耦合力的大小，細(xì)胞間通訊模塊的輸出信號(hào)AHL-LuxR復(fù)合物，可以誘導(dǎo)repressilator模塊中l(wèi)acI基因的表達(dá)，由此三個(gè)模塊構(gòu)成了完整的細(xì)胞間repressilator同步電路。
全文摘要
一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間振蕩子(repressilator)同步的電路結(jié)構(gòu)，它由repressilator電路模塊、同步信號(hào)生成模塊以及細(xì)胞間通訊模塊組成；所述repressilator電路模塊，由P<sub>Ltet01</sub>-cI、λP<sub>R</sub>-lacI、P<sub>Llac01</sub>-tetR三個(gè)反相器構(gòu)成，P<sub>Ltet01</sub>-cI的輸出接λP<sub>R</sub>-lacI的輸入，λP<sub>R</sub>-lacI的輸出接P<sub>Llac01</sub>-tetR的輸入，P<sub>Llac01</sub>-tetR的輸出接P<sub>Ltet01</sub>-cI的輸入，首尾相接構(gòu)成回路；所述同步信號(hào)生成模塊，由P<sub>BAD</sub>啟動(dòng)子和n基因構(gòu)成，外部周期注入的L-阿拉伯糖作為該模塊的輸入，該模塊的輸出信號(hào)N蛋白作用于細(xì)胞間通訊模塊的t<sub>L3</sub>終止子；所述細(xì)胞間通訊模塊，由P<sub>trp</sub>-luxI反相器及兩者之間的t<sub>L3</sub>終止子、AHL、LuxR蛋白構(gòu)成，P<sub>trp</sub>-luxI反相器的輸出信號(hào)LuxI蛋白是AHL生成所必需的酶，AHL生成后與LuxR蛋白的復(fù)合物AHL-LuxR是該模塊的輸出信號(hào)。其仿真結(jié)果顯示，該電路在相同條件下同步效果更好，可操作性更強(qiáng)。
文檔編號(hào)C12M1/42GK101475907SQ200910076690
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者劉志英, 翔 王 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)