科学家开发出控制基因表达的新方法

　　

生物通报道：最近，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的实验和理论生物学家，描述了一种控制基因表达的新方法。这种方法的关键是一个可调的开关，由一个对于医疗、甚至生物燃料生产都很有价值的小非编码RNA分子制成。相关研究结果发表在最近的国际期刊《ACS Synthetic Biology》。延伸阅读：华人教授：细胞基因表达调控新见解。

本研究首席科学家、洛斯阿拉莫斯国家实验室生物科学部门的Clifford Unkefer指出：“活细胞有多种机制来控制和调节这些过程，其中许多过程涉及基因表达的调控。科学家们已经研究了综合改变基因表达用于其他目的的方法，如疗法或化学物质的生物合成。这项工作的重点是基因翻译的调控。现在，我们使用riboregulator，能做到这一点。”

合成生物学研究人员一直试图设计某种细菌，能够实现一系列重要的医疗和工业功能，从制造药物，到解毒污染物，以及增加生物燃料的产量。

本研究共同作者Karissa Sanbonmatsu说：“细胞依靠一种复杂的基因开关网络。合成生物学的早期研究，假定这些开关是类似于打开或关闭一个灯泡。我们生产出更接近于连续调光器的开关，仔细地调控基因的表达。”

另一个研究小组成员Scott Hennelly指出：“因为这些riboregulators可以用来调节基因的表达，并可以被特异性地靶定，以独立调节一个代谢途径的所有编码基因，因此，它们给合成生物学家优化一种工程代谢途径的通量，提供了必需的工具，并会发现其在合成生物学的广泛应用。”

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该研究小组的工作，描述了由顺式抑制物（crRNA）和反式激活物RNA（taRNA）构成的riboregulators。crRNA自然地折叠成一种结构，可隔绝核糖体结合序列，防止下游基因的翻译；从而阻断了基因的表达。

taRNA被独立转录，并且这两个调控RNA元件之间的结合和随后的结构转型，决定着转录的mRNA是否将被翻译成蛋白质产品。在这个项目中，研究团队表明，一种顺式抑制物，可完全关闭耐抗生素报告基因、以及可修复翻译的反式激活因子的翻译。

Hennelly说：“他们证明，翻译水平可能基于taRNA基本序列调控区的细微变化而被调整；从而可以在很宽的动态范围内实现基因表达的翻译调控。”

最后他们创建了一个模块化的系统，包括一个向导序列，能够独立地靶定特异基因，从而使这些riboregulators能够独立地调控多个基因。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Tunable Riboregulator Switches for Post-transcriptional Control of Gene Expression
Abstract: Until recently, engineering strategies for altering gene expression have focused on transcription control using strong inducible promoters or one of several methods to knock down wasteful genes. Recently, synthetic riboregulators have been developed for translational regulation of gene expression. Here, we report a new modular synthetic riboregulator class that has the potential to finely tune protein expression and independently control the concentration of each enzyme in an engineered metabolic pathway. This development is important because the most straightforward approach to altering the flux through a particular metabolic step is to increase or decrease the concentration of the enzyme. Our design includes a cis-repressor at the 5′ end of the mRNA that forms a stem-loop helix, occluding the ribosomal binding sequence and blocking translation. A trans-expressed activating-RNA frees the ribosomal-binding sequence, which turns on translation. The overall architecture of the riboregulators is designed using Watson–Crick base-pairing stability. We describe here a cis-repressor that can completely shut off translation of antibiotic-resistance reporters and a trans-activator that restores translation. We have established that it is possible to use these riboregulators to achieve translational control of gene expression over a wide dynamic range. We have also found that a targeting sequence can be modified to develop riboregulators that can, in principle, independently regulate translation of many genes. In a selection experiment, we demonstrated that by subtly altering the sequence of the trans-activator it is possible to alter the ratio of the repressed and activated states and to achieve intermediate translational control.