Cell：新手艺庇护合成基因回路免受细胞发展稀释

遗传工程师可以或许设计并组装复杂的基因电路（gene circuit），为细胞编程付与新功能。但是，跟着细胞发展割裂，主要的旌旗灯号份子可能被稀释，致使合成基因电路损失其新功能。

亚利桑那州立年夜学（ASU）工程学院的生物与健康系统工程学院的副传授Tian晓军和其团队发现了一种方式，可直接鉴戒天然界的道理来庇护这些懦弱的遗传法式。该项目会聚了合成生物学、建模与代谢工程范畴的跨学科专业常识。研究团队包罗富尔顿工程学院物资、运输与能源工程学院的化学工程传授 David Nielsen，和同为 ASU 富尔顿工程学院利用科学与艺术学院的化学副传授Wenwei Zheng。

在一篇颁发在《细胞》杂志的新论文中，研究人员概述了一种手艺，该手艺可经由过程称为"液-液相分手"的进程在细胞内构成细小的液滴状区室，从而不变合成基因电路。这些被称为"转录凝集体（transcriptional condensates’）"的微不雅液滴，犹如环绕要害基因的"份子平安区"，庇护着合成工程革新的部件，使其免在在细胞发展的海潮中被"冲淡"。

"当我们测验考试对细胞进行编程以履行有效使命时，例如诊断或医治性出产，遗传法式经常会掉败，由于细胞发展稀释了保持法式运行所需的要害份子，"Xiaojun Tian说。"我们经由过程操纵细胞本身的相分手策略来庇护工程系统，从而应对了这一挑战。"

鉴戒天然界的策略

细胞操纵相分手来组织其内部情况，无需膜布局便可为需要的生化反映建立区室。Tian晓军的团队意想到，经由过程在合成基因四周设计近似的凝集体，他们可以摹拟这类天然的组织布局，并在多代细胞中保持遗传不变性。

"我们发现，经由过程在基因四周构成名为转录凝集体的细小液滴，我们可以庇护遗传法式，即便细胞发展也能连结其不变性，"Zheng说。"这是一个简单的物理解决方案，可以避免稀释并确保电路靠得住运行。"

这类方式代表了合成生物学范畴与传统策略的重年夜改变，传统策略首要偏重在调剂DNA序列或调控反馈回路以保持工程系统的功能。Tian团队没有采取更复杂的节制系统，而是引入了一种物理设计道理，该道理操纵了细胞内份子现有的空间组织体例。

自不变、可编程细胞的新设计

虽然自然细胞已进化出操纵凝集体作为调控基因电路勾当的内置庇护系统，但这项研究是首批展现若何将其从头用在不变合成法式的研究之一。"细胞已利用这些液滴进行自我调控，"Tian说。"我们此刻正在操纵不异的策略办事在合成生物学。"

采取这类方式论可以帮忙研究人员构建更靠得住的生物系统，这些系统可以或许保持可猜测的、高效的功能。"这为构建更靠得住的活系统统斥地了新路子，从不变的细胞工场到将来的医学利用，"Tian说。"对需要其工程化细胞延续不变工作的研究人员来讲，我们的策略可以成为一种新的设计原则。"

研究中经由过程显微镜拍摄的图象显示了细胞内敞亮、发光的转录凝集体簇，这直不雅证实了液滴可以在需要不变基因活性的位置切确构成。"看到这些液滴若何被用在提高生物出产产量，这使人兴奋，"Nielsen说。"这类合作将根本生物学看法与现实的代谢工程利用毗连起来。"

经由过程合作获得不变性

Tian团队已在摸索若何设计分歧种类的凝集体来节制分歧的基因，有用地将它们改变为细胞内的可编程节制中间。"我们但愿编程分歧的凝集体来节制分歧的基因，缔造出可以或许持久顺应并阐扬功能的智能细胞，"他说。"我们正在进修若何适应细胞进行设计，而不是与之匹敌。"

这类适应天然而非试图超出在其上的设计方式，代表了该范畴的一个要害转折点。下一步是展现该手艺在更多样化利用中的实行，以肯定其稳健性和可扩大性，虽然研究人员认为其潜伏利用前景广漠。

"那些苦在电路不不变问题的合成生物学研究人员，会将此视为使其系统更靠得住的新方式，"Zheng说。"但愿取得不变产量的生物工艺工程师也能够利用它。对像我如许的生物物理学家来讲，看到像相分手如许的物理道理改变为适用的工程东西，是使人兴奋的。""这项工作反应了合成生物学的一个新标的目的，"Tian说。"经由过程操纵细胞本身的组织道理，我们可以构建既壮大又具有内涵不变性的系统。"（Bioon.com）

参考文献：

Rong Zhang et al, Phase Separation to Buffer Growth-Mediated Dilution in Synthetic Circuits, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.017.