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工厂经理可以通过告诉工人在组装小部件时加快，减慢或停止执行切向任务来提高工作效率。不幸的是，对于试图生产药物的合成生物学家来说，微生物对人类人员这样的简单口语方向没有反应。然而，现在，威斯康星大学麦迪逊分校工程师的一项新进展使科学家能够微调其细菌员工的生物功能。
自20世纪70年代研究人员首次诱导大肠杆菌制造人胰岛素以来，合成生物学取得了突飞猛进的发展。今天，生物工程师哄骗微生物来执行许多复杂的化学过程，例如分解生物燃料的植物材料。然而，科学家仍然依靠有限的组件来控制他们的合成电路。
“我们感到很沮丧，因为合成生物学上充斥着可以在不同条件下打开和关闭基因表达的人工因素的例子，但它们只适用于某些基因，”Walter J.和Cecile Hunt-Hougen教授的Brian Pfleger说道。学者和UW-Madison的化学和生物工程副教授，该论文的通讯作者。
Pfleger的小组开发了一种关闭大肠杆菌中几乎所有基因的方法。他们的方法于2016年2月8日发表在“ 自然化学生物学 ”杂志的在线版上，借用了大自然的伎俩来实现人类目标。该团队修改了名为TALEs的蛋白质，以制造寻找和沉默不同基因阵列的工具。TALE蛋白质来自通常感染植物的细菌 - 这些细菌通常将TALE注入植物细胞中，使其更容易受到感染。“这些病原体依赖于高等生物的分子生物学来操纵它们，”该论文的第一作者，博士生Mark Politz说。“这是他们在主持人身上玩的一种巧妙的小技巧。”
Politz和Pfleger利用了同样的偷偷摸摸的策略。
天然TALE附着于植物基因组的特定部分。该蛋白质读取DNA序列并将其自身包裹在双螺旋的特定区域周围，如蟒蛇。一旦TALE找到了它的目标，它就会招募植物自己的机器来激活附近的基因。先前的研究确定了TALE的哪些部分识别DNA字母表中的特定字母，使Pfleger组能够对这些蛋白质进行编程以靶向他们想要的任何序列。此外，他们调整了TALE，使蛋白质抑制而不是促进基因表达。
工程化的TALE允许它们暂时关闭特定基因，而不会彻底改变原始生物。
“使用TALE的巨大可能性是增加了另一层基因调控，我们可以在天然细菌已经存在的基础上应用，”Politz说。
科学家可以通过从一些细菌基因组中去除DNA切片来轻松擦除基因。然而，大量删除缺乏细微之处，往往带来无法预料的后果。
“而不是进入并弄乱大自然在细胞中创造的所有东西，我只想减少蛋白质的含量。我想以可诱导的方式做到这一点。我想在我想要的时候减少减少，“波利兹说。
与直觉相反，创建该工具的最大障碍是找到一种关闭开关的方法。一旦TALE将自己包裹在目标周围，它们通常会保持在适当的位置，无限期地发挥它们的作用。为了设计一个真正可诱导的系统，该团队引入了一个停用机制。
结果证实了大肠杆菌的原理证据，大肠杆菌是现代生物学中最常用的生物之一。然而，研究人员在整个生命之树中看到了他们的方法的应用。
“马克一直在开发的工具就是现在生物技术发生的一个例子，”Pfleger说。“我们正在推广我们可以对具有更好固有特性的生物体做些什么，例如对生物燃料有用的代谢物。”
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