代謝工程與合成生物學(xué)作業(yè)-生物元件(編輯修改稿)
2024-09-01 01:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （如圖 3），而這些往往是在轉(zhuǎn)錄起始階段起作用，也就是說與啟動(dòng)子有關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)啟動(dòng)子對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)有重要意義。圖 3 在轉(zhuǎn)錄水平控制基因表達(dá)的設(shè)計(jì)工具 在自下而上的研究策略中，我們往往用基因線路模擬一些電子學(xué)上的邏輯開關(guān)，從簡單邏輯或與非，到雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)，再到震蕩子（如圖 4）實(shí)質(zhì)上都是上面提到的啟動(dòng)子及其調(diào)控基因按照一定次序設(shè)計(jì)排列的結(jié)果。 此外，在合成生物學(xué)學(xué)術(shù)比賽iGEM中，相當(dāng)多的隊(duì)伍作品的關(guān)鍵都是發(fā)現(xiàn)或者標(biāo)準(zhǔn)化了一些有特殊功能啟動(dòng)子及其相關(guān)組件，比如感光、溫度敏感、感受重金屬離子等。圖 4 雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)（左）及震蕩子（右）的邏輯結(jié)構(gòu)2．核糖開關(guān) 在1991年，’UTR存在高度保守序列，并發(fā)現(xiàn)Adocbl和B12可以使btnB基因表達(dá)，但沒有發(fā)現(xiàn)可以與Adocbl結(jié)合的蛋白因子；1990年，Andrew從隨即合成的RNA序列中篩選出特異性結(jié)合有機(jī)染料配體的RNA，并命名為“aptamer”（適體）；2002年，Breaker受到適體的啟發(fā)，證明了這種天然適體的存在，命名為“核糖開關(guān)”。到目前（2009年）為至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少于 12 個(gè)核糖開關(guān)（如表格 2表格 1），大部分是抑制性的（當(dāng)存在相應(yīng)代謝物時(shí)基因關(guān)閉）。主要參與氨基酸、核苷酸、維生素等基礎(chǔ)物質(zhì)的代謝。表格 2 一些已知的Riboswithch的名稱、調(diào)節(jié)小分子和功能 核糖開關(guān)中，mRNA 本身作為傳感器 ,直接感受環(huán)境中相應(yīng)代謝物的變化 ,結(jié)合代謝物后發(fā)生構(gòu)象變化 ,在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。核糖開關(guān)也是一種反饋調(diào)節(jié)機(jī)制 ,與以往發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)機(jī)制的區(qū)別是：它不需要任何蛋白質(zhì)（乳糖操縱子）或核糖體（色氨酸弱化子）作為中介 ,由 RNA 直接感受環(huán)境中代謝物的變化 ,通過形成選擇性莖環(huán)結(jié)構(gòu) ,在轉(zhuǎn)錄延伸和翻譯起始水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)。已發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌核糖開關(guān)均位于代謝相關(guān)基因mRNA的 5′UTR，由 2 個(gè)結(jié)構(gòu)域組成 :適體結(jié)構(gòu)域(aptamer domain，AD) 和 表 達(dá) 結(jié) 構(gòu) 域 ( expression domain, EPD)。AD 直接結(jié)合小分子代謝物，是RNA 傳感器. 序列分析表明，在不同細(xì)菌的同類核糖開關(guān)中，AD 序列保守，形成高度相似的二級結(jié)構(gòu)。與配體結(jié)合后，AD 發(fā)生構(gòu)象變化，信息傳遞至 EPD ，后者通過形成選擇性莖環(huán)結(jié)構(gòu)，直接調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。不同核糖開關(guān)的 EPD 可能利用不同的機(jī)制調(diào)節(jié)基因表達(dá)。（如圖 5）目前發(fā)現(xiàn)的真核生物的核糖開關(guān)位于 3′UTR 或內(nèi)含子，也具有相似的 AD 和 EPD，可能在多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)真核生物基因
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