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來自加州大學舊金山分校和北京大學的研究人員日前在合成生物學研究中取得重大突破，設計并構建出了可自組織細胞極化的合成調控網(wǎng)絡。相關論文“Designing Synthetic Regulatory Networks Capable of Self-Organizing Cell Polarization”發(fā)表在10月4日的《細胞》（Cell）雜志上。

加州大學舊金山分校的Wendell A. Lim博士和北京大學的湯超（Chao Tang）教授是這篇論文的共同通訊作者。湯超教授現(xiàn)任美國加州大學舊金山分校教授，北京大學前沿交叉學科研究院理論生物學中心主任，北京大學-加州大學定量生物醫(yī)學聯(lián)合研究中心主任等。目前致力于生物分子的網(wǎng)絡的理論和實驗研究、系統(tǒng)生物學以及生物系統(tǒng)中的理論問題。

生命的本質是以本能為指向，以信息為先導，在環(huán)境因素的誘導下進行的自組織過程，這種過程的物質基礎是細胞。然而目前對于細胞是如何利用遺傳編碼分子規(guī)則形成整體、自組織結構的還并不是很清楚。

合成生物學是生物科學在二十一世紀出現(xiàn)的一個新興分子科學。與傳統(tǒng)的生物學通過生命體以研究其內在構造的思路不同，合成生物學是從zui基本的要素開始逐步構建生物體的零件，通過元件及基因線路從生物裝置、模塊、細胞到多細胞系統(tǒng)各個層次進行設計和建造工程細胞組成各種生命元件來建立人工生物體體系，使生物體按預想方式完成各種生物學功能，并可由此來了解生物學的基本機制。

利用這樣的設計原理作為藍圖，研究人員在酵母中構建出了人工的極化網(wǎng)絡，利用嵌合信號蛋白工具箱在空間上指導磷脂酰肌醇-3磷酸（PIP3）合成與降解。具有組合模體的環(huán)路生成了明確的人造PIP3極化網(wǎng)絡，可以持續(xù)近一個小時。

在新研究中通過利用定位調控的信號分子，研究人員成功設計出了能夠可靠地執(zhí)行空間自組織程序的簡單分子環(huán)路。為研究生命的自組織機制提供了一條有潛力的新途徑。

在這篇文章中，研究人員利用合成生物學方法探討了模擬細胞極化的環(huán)路設計原理。首先，他們利用一種計算機模型，搜索了所有可能獲得極化的簡單網(wǎng)絡。研究人員發(fā)現(xiàn)所有都涉及三個小模體中的一個：正反饋、相互抑制，有正反饋的抑制子。在有限條件下這些小模體可單獨獲得極化，而組合兩個或更多這樣的模體則可使環(huán)路明顯更為穩(wěn)定。