神户大学 图1:基因开关
学分:神户大学 来自神户大学和千叶大学的一组研究人员已经成功地开发了一种灵活简单的方法，为酵母(一种真核生物模型)人工生产基因tic开关
该小组由富永正弘研究员、石井俊副教授和近藤明彦教授(神户大学科学、技术和创新研究生院/工程生物学研究中心)以及乌门诺·景岛乐教授等人组成
(千叶大学工程研究生院)
基因开关是控制基因表达的基因调控网络
研究人员为创造基因开关建立了一个平台，这种开关可以应用于复杂的人工控制酵母细胞的开发，以产生大量有价值的化合物
这些研究结果发表在《自然通讯》上
生物体拥有的基因数量和类型并不仅仅决定其生命功能
基因产生蛋白质的时间和数量
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基因表达)是已知导致显著改变的其他因素
在合成生物学领域，最近的进展使得通过人工控制某些基因的表达来产生许多新的细胞功能成为可能
为了控制基因表达的速度和时间，基因开关是必要的
基因开关(图1)是一种调节系统，它响应细胞内外的刺激(或诱导剂)(例如，化学物质的存在)，开启或关闭特定基因的表达
因此，基因开关是合成生物学的重要工具，其目的是人工设计和构建细胞功能
图2:具有适当选择的基因开关的进化工程
学分:神户大学 已经为简单的单细胞生物(原核生物)如大肠杆菌开发了许多遗传开关
大肠（杆）菌的
然而，真核生物如人类、植物和酵母的基因表达系统更为复杂
因此，这些生物的基因开关发展滞后
尽管酵母是一种典型的真核生物，但对其细胞功能进行工程改造的尝试面临着巨大的限制
当构建基因开关时，很难预测在哪里以及如何改变开关来控制基因表达
进化分子工程是确定这一点的有用方法(图2)
该方法包括通过在部分或全部基因开关中随机诱导突变来创建基因开关变体文库，然后选择表现出预期性能的变体
虽然很容易产生大量的变体，但是必须快速识别出该数量内的所需变体
进行人工消除(选择)过程，以选择在基因表达“关闭”和基因表达被特定诱导剂“开启”时保持不变的细胞
然而，如果选择太强或太弱，就不可能挑出最好的变体
尽管有必要选择在“开”和“关”状态下都适当强健的功能性遗传开关变体，但是很难预先预测选择应该有多强
来自神户大学和千叶大学的研究团队建立了一个工作流程系统，通过改变用于选择的化学物质的类型或浓度，他们可以同时产生不同强度的选择
在选择了一组变体后，研究人员将每一个变体暴露于外部刺激(诱导剂)，并通过观察绿色荧光蛋白(绿色荧光蛋白)发出的光水平的变化来分析这种刺激对基因表达的影响程度
这使得他们能够确定最合适的选择，换句话说，能够容易地识别出表现出高水平表现的基因开关变体
利用这种方法，研究人员成功开发了三种新的基因开关，其效率与迄今为止为酵母开发的性能最佳的开关一样高
图3:人工调控酵母菌株的细胞团:类胡萝卜素只有在特定的化学化合物被整合时才能产生
学分:神户大学 通过整合这三个基因开关，研究人员产生了能够在与门控制下生物合成橙色素(β-胡萝卜素)的酵母
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其中β-胡萝卜素只有在两种特定的化合物DAPG和HSL存在的情况下才能产生(图3)
该研究小组开发的选择方法将加速开发具有各种性能水平和特征的酵母基因开关
这也将导致可以并行控制的基因数量迅速增加
结合这些新的基因开关将使人工设计细胞功能成为可能
例如，这可能有助于开发复杂的、人工调控的酵母细胞来生产大量有用的有机化合物
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