Синтетические генетические часы показывают точное время в широком диапазоне температур

«Синтетические генные цепи часто бывают хрупкими, и изменения окружающей среды часто меняют их поведение», — сказал Крешимир Йосич, профессор математики Колледжа естественных наук и математики UH. «Наша работа была сосредоточена на разработке генной цепи, на которую не влияет изменение температуры».Синтетическая биология — это область, в которой естественные биологические системы модернизируются для различных целей, например, для производства биотоплива.

Исследования UH и Rice были нацелены на бактерию E. coli.«У кишечной палочки и других бактерий, если вы увеличите температуру примерно на 10 градусов, скорость биохимических реакций удвоится — и, следовательно, генетические часы ускорятся», — сказал Йосич. «Мы хотели создать синтетические генные часы, которые компенсируют это увеличение темпа и поддерживают точное время независимо от температуры».Команда UH во ​​главе с Джосичем и Уильямом Оттом, доцентом математики, сотрудничала с лабораторией Мэтью Беннета, доцента биохимии и клеточной биологии Райса.

Йосич, Беннетт и Отт уже три года вместе работают над различными исследовательскими проектами. В команду также входил научный сотрудник UH Чинмая Гупта.

По словам Беннета, способность сохранять клеточные реакции точно по времени, независимо от температуры, может быть ценна для синтетических биологов, которые хотят перепрограммировать клеточные регуляторные механизмы для биотехнологии.Работа заключалась в создании гена в часах на плазмиде, небольшом фрагменте ДНК, который вставляется в E. coli. Мутация в гене привела к замедлению хода часов при повышении температуры.Исследователи UH создали математическую модель для оценки различных конструктивных особенностей, которые потребуются плазмиде для противодействия изменению температуры.

Гупта показал, что модель отражает механизмы, необходимые для компенсации температурно-зависимых изменений скорости реакции.Вычислительное моделирование подтвердило, что одна мутация может привести к появлению генетических часов со стабильным периодом в большом диапазоне температур — наблюдение, подтвержденное экспериментами в лаборатории Беннета. Затем команда Йосича подтвердила прогнозы моделей с использованием реальных данных.

«Наличие механистической модели, которая позволяет вам определять, какие особенности важны, а какие можно игнорировать для того, чтобы генетическая цепь могла вести себя определенным образом, позволяет вам более эффективно создавать схемы с желаемыми свойствами», — сказал Гупта. «Это позволяет вам сконцентрироваться на наиболее важных факторах, необходимых при проектировании».«На протяжении всей этой работы мы использовали математические модели, чтобы выяснить, что важно при разработке надежных синтетических генных цепей», — сказал Йосич. «Вычислительные и математические инструменты необходимы во всех видах инженерии. Почему не в биологической инженерии?»

Исследования Йосича, Отта и Беннета финансируются Национальными институтами здравоохранения через совместную программу Национального научного фонда / Национального института общих медицинских наук по программе математической биологии.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.