《表2 人工基因线路与代谢线路设计和人工合成基因组设计工具网址》

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《合成生物学设计技术》

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早在2000年Collins课题组[51]首次利用已知的生物元件在大肠杆菌中人工构建一个转录水平的双稳态开关。同时Elowitz和Leibler[52]利用已知功能生物元件在大肠杆菌中设计了基因表达振荡器，该线路利用3个元件间的彼此间抑制和解抑制实现了输出信号的规律振荡。借助逻辑电路的概念和思路，过去20多年，合成生物学家利用众多已知功能的生物元件，通过理性设计在原核细胞、真核细胞甚至人体细胞中构建了众多基本逻辑门基因线路[53]。我国科学家在该领域也作出了重要的贡献，如北京大学欧阳颀课题组[54]通过理性设计将两个逻辑“与”门、两个逻辑“或”门和一个记忆模块，在大肠杆菌中构建成一种具有巴甫洛夫经典条件反射行为的人工基因线路。借助于计算机程序的自动化线路设计和模拟，Voigt课题组[55]开发了人工基因线路设计的一款计算机程序，称之为“Cello”（cellular logic）（表2）。该程序借助电子器件设计自动化可以自动将Verilog语言编写的人工线路设计转化为DNA序列，该软件也考虑了大量生物元件的特性、生物元件组装的经验、元件的生物学限制。研究者利用该软件设计了60个人工基因线路并在大肠杆菌中正确运行了45个基因线路[55]。设计好的人工基因线路最终需要在底盘细胞中执行，人工基因线路与底盘细胞的正交性的好坏也决定了人工基因线路的成功与否。最近Baker团队[56-57]报道的从头合成的全新非天然的分子开关蛋白，为人工基因线路在不同底盘细胞中的应用提供很好的控制元件。