控制基因活动的基因“振荡器”（附图）

　　

    [生物通讯]如果细胞可以象收音机那样任你随意调播，那我们就可以调整它们的行为以加速细胞分裂速度或增加某种关键蛋白质的产量－－这正是一组美国研究人员计划要做的。

    波士顿大学的James Collins和他的同事把细菌细胞当作一种电路来处理，但组成这个电路的不是二极管和晶体管，而是基因。他们发明了一种制造基因振荡器和扩增仪的方法，该方法可以调节细胞的自然发育节奏和其内部生活运作过程。

    研究人员希望能够控制细菌从复制到运动等所有活动。这些过程包括某些蛋白质的周期性形成－－本质上也就是编码这些蛋白的基因的周期性开关的“振荡”过程。

    Collins的研究小组计划把这些基因的振荡与加到细菌DNA中的人工基因振荡器连接起来，人工的基因振荡器将设定振荡器的脉冲。

    人工基因振荡器还能够诱导产生促进蛋白产量的“共振效应”，这个原理与风引起的吊桥振动频率如果恰巧与吊桥内在的谐振频率同步，就会使吊桥的振动达到最大一样。这种控制蛋白产量的方法很适用于培养生产某些具医疗价值的蛋白的细菌。

    两年前，普林斯顿大学的研究人员首先将基因振荡器植入细胞中。他们给大肠杆菌细胞编写遗传程序，使之产生一种发射绿光的蛋白，这样一只耀眼的细菌萤火虫就诞生了。

    用同样的基因振荡器来调节细胞中的自然过程，我们能够随意控制细胞活动的节奏，Collins和他的同事说。

    这个想法的产生得益于人们对基因以网络形式行使功能的逐渐了解。在这个相互影响、相互作用的复杂网络中，一些基因控制和调节着另一些基因的活动。一个基因的功能通常都要取决于它编码的是何种蛋白以及它在网络中的位置。

    Collins的研究小组希望通过基因剪接技术把新基因加到网络中。他们计划增加两个基因－－cI 和 lac，二者都由称为启动子的一小段起着类似开关作用的DNA调控。两种基因的蛋白质产物都能够与该启动子结合因而负责开关蛋白的形成。

    研究人员计划利用cI基因的一种形式生产一种温度敏感的蛋白，有了这个蛋白，轻微加热或冷却细胞就可以控制基因振荡器的开关。将cI基因插入到一个自然振荡基因的隔壁，就可以使振荡器驱动宿主细胞中的天然振荡器，就像在二者之间连接上一个钟摆一样。

    眼下这个想法还只是停留在理论阶段，但有了早先成功将基因振荡器插入到活体细胞中的实例，这个想法似乎是可行的。

参考文献

1. Hasty, J., Dolnik, M., Rottschafer, V. & Collins, J. J. Synthetic gene network for entraining and amplifying cellular oscillations. Physical Review Letters, 88, 148101, (2002).
2. Elowitz, M. B. & Leibler, S. A. Synthetic oscillatory network of transcriptional regulators. Nature, 403, 335, (2000).

生物通摘译自NATURE