【文章內(nèi)容簡介】 協(xié)助至少可以分為兩類： – 一類是不依賴 ρ因子的終止子，這類終止子在序列上有一些共同的特點，即有一段富含 GC的反向重復(fù)序列 (inverted repeat sequence)，其后跟隨一段富含 AT的序列，因而轉(zhuǎn)錄生成的 mRNA序列中能形成 發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，后繼一連串寡聚 U序列。正是RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的這段 mRNA的結(jié)構(gòu)阻止 RNA聚合酶繼續(xù)沿 DNA移動，并使聚合酶從 DNA鏈上脫落下來，終止轉(zhuǎn)錄。 – 另一類是依賴 ρ因子的終止子，即其終止轉(zhuǎn)錄的作用需要 ρ因子的協(xié)同，或至少是受 ρ因子的影響，終止點前無寡聚 U序列，回文對稱區(qū)不富含 GC。 ? 不同終止子的作用也有強弱之分。有的終止子幾乎能完全停止轉(zhuǎn)錄；有的則只是部分終止轉(zhuǎn)錄，還有一部分 RNA聚合酶能越過這類終止序列繼續(xù)沿 DNA移動并轉(zhuǎn)錄。如果一串結(jié)構(gòu)基因群中間 有這種弱終止子的存在，則前后轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的量會有所不同，這也是終止子調(diào)節(jié)基因群中 不同基因表達產(chǎn)物比例的一種方式。轉(zhuǎn)錄終止的機制較為復(fù)雜，結(jié)論尚不統(tǒng)一。 ? 在構(gòu)建表達載體時，為了穩(wěn)定載體系統(tǒng)，防止克隆的外源基因表達干擾載體的穩(wěn)定性，一般都在多克隆位點的下游插入一段很強的轉(zhuǎn)錄終止子。 操縱子 ? 是細菌的基因表達調(diào)節(jié)裝置，由啟動子和其他 DNA調(diào)節(jié)元件與串聯(lián)的多個相關(guān)基因組成，由同一套調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)。 ? 操縱子通常由 2個以上的編碼序列、啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。 ? 某些操縱序列是原核阻遏蛋白的結(jié)合位點，當(dāng)操縱序列結(jié)合阻遏蛋白時會阻礙 RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或使 RNA聚合酶不能沿 DNA向前移動，阻遏轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)負調(diào)節(jié) (negative regulation)。 ? 原核操縱子調(diào)節(jié)序列中還有一種特異 DNA序列可結(jié)合激活蛋白，使轉(zhuǎn)錄激活，介導(dǎo)正調(diào)節(jié) ( positive regulation) 生物裝置 ? 有了上述標(biāo)準(zhǔn)化的“ Part”部件，就可以利用轉(zhuǎn)錄激活因子、轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄后機制（如 DNA修飾酶）和 Riboregulator（核糖核酸調(diào)節(jié)因子）等結(jié)合邏輯拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建稍微復(fù)雜些的生物裝置“ Device”。 ? 生物裝置通過調(diào)控信息流、代謝作用、生物合成功能以及與其他裝置和環(huán)境進行交流等方式處理“輸入”產(chǎn)生“輸出”。 利用 iGEM Registry提供的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)量化方法，我們可以將一些生物裝置進行標(biāo)準(zhǔn)化抽提，描述成如下形式：具有一定生物學(xué)功能，并且能夠為外源物質(zhì)所控制的一串 DNA序列。 ? 報告基因 (reporter) ——其產(chǎn)物易于被檢出的基因，在分子生物學(xué)實驗中用于替換天然基因的位置，以檢驗其啟動子及調(diào)節(jié)因子的結(jié)構(gòu)組成和效率，常用的為各種熒光蛋白編碼基因，如 gfp (green fluorecent protein基因 )等。 ? 轉(zhuǎn)換器 (inverter)——一種遺傳裝置，它在接收到某種信號時停止下游基因的轉(zhuǎn)錄，而未接收到信號時開啟下游基因的轉(zhuǎn)錄。 ? 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)裝置 (signaling) ——是指環(huán)境與細胞之間或者鄰近的細胞與細胞之間接收信號和傳遞信號的裝置。 ? 蛋白質(zhì)生成裝置 (protein generator) ——產(chǎn)生具有一定功能蛋白質(zhì)的裝置 生物系統(tǒng) ? 為了得到更加復(fù)雜的調(diào)控行為或生物功能，可將裝置以串聯(lián)、反饋或者前饋等形式連接，組成更加復(fù)雜的 級聯(lián)線路 或者 調(diào)控網(wǎng)絡(luò) ，即所謂的生物系統(tǒng) ( System)。 ? 自然生物系統(tǒng)中的調(diào)控級聯(lián)線路是非常普遍的，如大腸桿菌和酵母菌調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中包含的級聯(lián)線路。級聯(lián)線路調(diào)控基因的遞進式表達，可以觸發(fā)大腸桿菌鞭毛、酵母菌孢子的形成或者控制細菌的細胞周期。在活體細胞中，許多信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白激酶通路也得益于級聯(lián)過程來調(diào)控其活性。在果蠅和海膽等多細胞生物體中，許多時間順序事件通常由級聯(lián)過程來調(diào)控。 ? 級聯(lián)線路具有許多非常重要的特點。例如，由蛋白質(zhì)控制的級聯(lián)線路對于漸變輸入具有超敏感性的“全開或全關(guān)”響應(yīng)，輸入信號中非常小的變化即可以激勵輸出由低到高/由高到低的跳變 ? 在各種級聯(lián)線路和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，最簡單的形式是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控系統(tǒng)。 細胞群體系統(tǒng)及多細胞系統(tǒng) ? 由于基因表達過程中內(nèi)源和外源噪聲的影響以及其他細胞的作用，互不通訊的一組細胞即使起源相同也可能具有不同表型和異步行為，不可能互相協(xié)作，完成的生物功能也有限。為了更高效地實現(xiàn)人類期望的功能，需要多個細胞甚至多種細胞協(xié)同運作。利用細胞間通訊協(xié)調(diào)彼此的行為是目前工程化細胞群體系統(tǒng)的主要手段。相比于單細胞而言．細胞群體系統(tǒng)及多細胞系統(tǒng)的人工構(gòu)建則復(fù)雜得多，不僅要考慮細胞間的協(xié)同，還要考慮信號分子的跨膜運輸、環(huán)境因素的分布梯度等。 群體感應(yīng) ? 此現(xiàn)象最早是在海洋中的一種發(fā)光弧菌（ Vibrio fischeri）中發(fā)現(xiàn)的。 ? 近年來的研究證明，微生物之間存在著信息交流，許多微生物都能合成并釋放一種被稱為自體誘導(dǎo)物( autoinducer, AI)的信號分子，胞外的 AI濃度隨微生物密度的增加而增加，當(dāng)達到一個臨界濃度時， AI能啟動菌體中相關(guān)基因的表達，調(diào)控微生物的生物行為，如產(chǎn)生毒素、形成生物膜、產(chǎn)生抗生素、生成孢子、產(chǎn)生熒光等，以適應(yīng)環(huán)境的變化，這一現(xiàn)象被稱為群體感應(yīng)現(xiàn)象。因這一現(xiàn)象只有在微生物密度達到一定閾值后才會發(fā)生，所以也稱為依賴細胞密度控制的基因表達 ( cell density dependent control of gene expression)。 在發(fā)光弧菌中由 Plux啟動子控制群體感應(yīng)表達系統(tǒng)，而 Plux啟動子是由小分子信號控制的 ? 群體感應(yīng)一般用于系統(tǒng)中群體細胞之間的同步響應(yīng)，它提供了一種依賴細胞濃度調(diào)控基因表達的有效手段。 ? 合成生物學(xué)在此方面的初期嘗試就是在大腸桿菌中開發(fā)細胞間的通訊模塊以協(xié)調(diào)細胞群體行為。將費氏弧菌（ Vibrio fischeri）中響應(yīng)群體感應(yīng)的基因分別植入獨立的發(fā)生細胞和接收細胞中。發(fā)生細胞表達 Luxl催化 AHL的合成。 AHL信號分子自由擴散到接收細胞中和 LuxR蛋白組成復(fù)合物激活目的基因轉(zhuǎn)錄，從而通過 AHL信號分子的擴散實現(xiàn)細胞群體間的通訊和協(xié)作。 第二部分 合成生物系統(tǒng)的邏輯拓撲結(jié)構(gòu) ? 原核生物基因表達調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，因此以轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控為主來介紹遺傳線路的各種邏輯拓撲結(jié)構(gòu)。 ? 轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單元是操縱子，在轉(zhuǎn)錄水平上對基因表達進行調(diào)控取決于 DNA的結(jié)構(gòu)、 RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。 ? 對于這些拓撲結(jié)構(gòu)的分類方式有很多種，大體可以歸納為串聯(lián)、反饋和前饋等類型。其中，反饋可分為正反饋和負反饋；前饋可分為一致前饋和非一致前饋等。 ? 這些拓撲結(jié)構(gòu)并不是生物系統(tǒng)所特有的，在電子線路、控制理論、計算機圖論等領(lǐng)域中均有類似的拓撲結(jié)構(gòu)，只是因為生物系統(tǒng)是由生物元件組成，具有不同于電子線路、控制回路等的特點。 串聯(lián) ? 串聯(lián)是指上游模塊的輸出信號作為下游模塊的輸入信號的連接形式 ? 對于生物模塊來講，這種信號可以是小分子代謝物、蛋白質(zhì)、 mRNA等。 單輸入 ? 主模塊的輸出作為下層分模塊的輸入。在單輸入結(jié)構(gòu)中，只有一個主模塊作為下層模塊的輸入。 ? 這種結(jié)構(gòu)在自然生物的轉(zhuǎn)錄基元 ( motif)中很常見，其主要功能是實現(xiàn)一組基因的共表達。此外還可以實現(xiàn)模塊時序表達的功能，即模塊 1到模塊 N按預(yù)定義順序表達：如果主模塊代表激活因子，激活下層啟動子模塊，啟動子序列和結(jié)合位點不同，導(dǎo)致各個啟動子激活閾值不同，當(dāng)主模塊的活性緩慢遞增時，閾值最低的啟動子先啟動，依此類推，閾值最高的啟動子最后啟動，實現(xiàn)基因表達的時序控制。同理，當(dāng)主模塊代表阻遏子基因時，可以實現(xiàn)類似的時序控制。通過高時間分辨率的檢測手段可以觀測到在大腸桿菌中有許多系統(tǒng)具有 SIM結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有一個很重要的屬性 ——時間序列與基因功能序列吻合，即在一個多基因過程中，越早需要的蛋白質(zhì)／代謝物，它的基因越先被激活。這種時序控制可以防止蛋白質(zhì)產(chǎn)物在需要之前過早生成，實現(xiàn)能源的節(jié)約，避免不必要的交叉干擾。 ? 在大腸桿菌的精氨酸生物合成系統(tǒng)中，阻遏蛋白 ArgR調(diào)控多個編碼精氨酸生物