科学家实现实时观察基因突变

近日，法国巴黎第六大学一个研究小组开发了一种微流体装置，可同时观察数百个单独的大肠杆菌细胞在多个复制周期中的分裂和突变。相关研究成果发表在《科学》上。

基因突变不仅对大多数进化模型的研究至关重要，也是目前面临的一些急迫的医学问题的根源。之前的研究方法——突变积累实验周期很长，且观察的样本数量极少，影响结果的准确性。该研究小组利用微流体技术和显微镜延时成像技术高通量（1000个单独细胞）分析细菌细胞，并可对突变实时观察和计数。研究人员通过对实验结果分析得出1%的突变是致命的，非致命的突变中大多数是准中性的，也就是突变比人们认为的更中性。未来这项技术将应用于许多不同的细胞，从而进一步扩大研究突变动力学的范围。（丁陈君）

合成生物学技术将实现重疾治疗新突破

合成生物学为未来医学提供美好前景，可以通过重新设计细胞来对抗癌症和糖尿病等疾病。科学家使用病毒作为载体将控制电路导入细胞，使细胞以某种理想的方式行事，但问题是细胞以高度可变的方式受到感染，使得其基因表达变得非常难以预测。直到现在还没有一种可靠的方法来确保所有细胞以相同的方式表现。3月19日，《自然—生物技术》期刊上发表的一篇论文中，美国麻省理工学院和东北大学研究人员合作开发的一种新型合成生物学技术，使研究人员的操作过程更具可控性。

该团队应用控制论理念来设计在任何拷贝数下保持恒定表达水平的启动子。 理论预测，通过使用非相干前馈环（iFFL）可以实现不受拷贝数干扰。利用转录激活子样效应因子（TALE）构建包含iFFLs的大肠杆菌工程启动子。这些启动子在不同的基因组位置和质粒中具有几乎相同的表达，即使它们的拷贝数受基因组突变或生长培养基组成的变化影响。实验证明，当稳定启动子驱动的基因从质粒转移到基因组时，三个基因组成的代谢途径可维持功能而不需要重新调节。（丁陈君）

合成生物学研究取得新进展

英国华威大学和萨里大学的研究者利用工程学原理，在合成生物学研究领域又有突破性进展，他们开发出一种方法来有效地控制细胞内核糖体的分布，可以增强合成电路在细胞中生产抗生素和其他有用化合物的潜力。相关研究发表在最近一期的《自然—通讯》上。

细胞自身体内只含有有限数量的核糖体，插入的合成电路和宿主细胞都在竞争这一有限的资源。因此，必须有足够的核糖体以供给它们生存、繁殖和生产，否则，合成电路将会失败，或者细胞将会死亡。

研究人员利用通常用于飞机飞行控制系统的反馈控制电路的工程原理，开发了一个独特的系统来对细胞内有限的核糖体进行动态分配。当合成电路需要更多核糖体来正常工作时，更多的核糖体将被分配给合成电路，而少量分配给宿主细胞，反之亦然。

专家表示，合成生物学可以使细胞更易于工程化，以解决我们面临的许多最重要的挑战。例如本次研究通过编程的方法实现动态管理工程细胞内部基本资源的分配，从而使细菌更加有效地生产药物。选择性操纵细胞功能的最终目标就像理解生物学的基本原理一样，通过了解细胞如何运作和测试限制它们发展的条件，从而使工程细胞更有效地在生物技术中得到广泛应用。（吴晓燕）