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PNAS教你如何調控基因表達

日期:2012-09-05 08:15:02

在幾乎所有細胞進程中,基因表達都扮演了一個關鍵作用,雖然不少研究證明誘導型啟動子能通過基因表達水平修飾,幫助科學家們深入了解調控網絡,但是這種方法依然存在一些不足之處。具體來說,這種方法的作用局限于一些相對短期,群體規模效應的研究。

 

近期來自法國INRIA研究所和CNRS研究所的研究人員證明,一種外部反饋回路(external feedback loop)能用于單細胞基因表達,進行精確嚴謹的多代調控。

 

研究組構建了一種實時的,閉環調控的基因表達平臺,這個平臺整合了顯微技術,微流體,和自動成像原軟件,量化技術和模型預測控制技術。他們指出,這種技術能在群體和單個細胞水平,進行包含時間常數和時間變量靶向表達譜(time-varying target expression profiles)的長期調控,這種實時調控可以避免基因表達隨機性的影響。研究人員預期這種方法將能用于改善復雜,合成設計細胞網絡的性能。

 

這項研究公布在《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志上。

 

文章作者Gregory Batt表示,他們在研究中遇到了不少挑戰,“由于基因表達是一個相對較緩慢的過程”,“因此我們不得不進行長期的實驗——每次持續15小時——來證明基因表達的有效調控。每個實驗都延伸到了酵母細胞的許多代,平臺每一個部分也都必須相應的調整。

 

這項研究的一個重要方面在于,研究提供的證據表明,實時監控能從動力學上避免基因表達隨機性的影響。 “我們進行了兩種類型的實驗,”Batt說,“首先我們檢測了顯微視場中所有細胞的熒光信號,并用細胞平均熒光作為調控標準。在第二種情況下,我們只聚焦于一個細胞,在實驗開始時隨機選擇,并且把這個細胞的熒光信號作為調控標準。

 

然后我們觀察一個細胞的熒光靶值周圍的波動,結果表明這個波動從統計學上來說,單個細胞比當它們作為一個群的成員要小。”

 

這項研究除了能應用于除了系統和合成生物學,Batt還認為,“我們的平臺也吸引了計算生物學家的興趣,因為它鋪墊了在線選擇模式和在線調控模式的道路”,在這個設備中,可以實時進行分析和解釋,因此模型也就可以成為最有效的形式。

 


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