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生物线路的基础研究

生物线路的基础研究. 逻辑门功能生物线路. 基因调控开关. 生物线路的基础研究. 模拟逻辑功能的生物线路. 自激振荡环. 多细胞系统脉冲发生器. 控制生物数量的生物线路. 人工多细胞团系统. 其他方面的生物线路基础研究. 人工级联生物线路. 逻辑门功能遗传线路. 一、逻辑“与”门功能. 诱导子. RNA p. 基因. 基因. 启动子 操纵子. 利用激活因子和诱导子实现逻辑“与”门功能. 逻辑门功能遗传线路. gfp. lacI. tetR.

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  1. 生物线路的基础研究

  2. 逻辑门功能生物线路 基因调控开关 生物线路的基础研究 模拟逻辑功能的生物线路 自激振荡环 多细胞系统脉冲发生器 控制生物数量的生物线路 人工多细胞团系统 其他方面的生物线路基础研究 人工级联生物线路

  3. 逻辑门功能遗传线路 一、逻辑“与”门功能 诱导子 RNAp 基因 基因 启动子 操纵子 利用激活因子和诱导子实现逻辑“与”门功能

  4. 逻辑门功能遗传线路 gfp lacI tetR 启动子1 启动子2 当LacI和TetR同时存在时，gfp基因才能表达

  5. 逻辑门功能遗传线路 复杂的逻辑“与”门功能 启动子1 gfp lacI tetR cI 启动子2 带有“记忆”功能的“与”门生物线路

  6. 逻辑门功能遗传线路 二、逻辑“或”门 IPTG gfp lacI tetR aTc 启动子1 启动子2 gfp 启动子3 或门逻辑图

  7. 基因调节开关 一、翻转开关（Inverter） 输入低时输出高，反之，输入高时输出低。 二、双相开关（Biphasic switch） 双相开关机理： 低浓度夫人CI蛋白与OR1结合并促进与OR2的结合和自身的转录 当CI 蛋白浓度增高时，OR1、O2和OR3三个位点都被结合 cI 基因的转录反而被抑制，CI蛋白浓度逐渐降低

  8. 三、核糖开关（Riboswitch） 主要是通过核糖核酸（RNA）构象的改变来实现“开关”的功能，阻止和开启目的蛋白的表达。 模块化的核糖开关 gfp RBS CR Pcr 与RBS互补序列 转录后 Cr RBS AUG cr 发夹结构 RBS AUG

  9. 另外一个启动子启动后表达以一个非编码RNA，taRNA另外一个启动子启动后表达以一个非编码RNA，taRNA = + taRNA crRNA cr RBS

  10. 四、双稳开关 诱导子2 一、生物线路设计 启动子1 阻遏子1 gfp 阻遏子2 启动子2 诱导子1 双稳开关的生物线路设计

  11. 状态A：当启动子1基因被表达，阻遏子2被表达，其产物导致启动子2被抑制，阻遏子1不表达，系统稳定于启动子1启动状态B：当启动子2基因被表达，阻遏子1被表达，其产物导致启动子1被抑制，阻遏子2不表达，系统稳定于启动子2启动状态A：当启动子1基因被表达，阻遏子2被表达，其产物导致启动子2被抑制，阻遏子1不表达，系统稳定于启动子1启动状态B：当启动子2基因被表达，阻遏子1被表达，其产物导致启动子1被抑制，阻遏子2不表达，系统稳定于启动子2启动 诱导子2 状态B 状态A 诱导子1

  12. 二、遗传线路实现 方案设计： A：启动子：Ptrc-2； 抑制子：lacI；诱导子：IPTG B：启动子：Pls1con； 抑制子：cIts； 诱导子：温度 C：启动子：PltetO -1；抑制子：tetR；诱导子：aTc 一类是利用A方案和B方案在PTAK载体上构建双文开关 一类是利用A方案和C方案在PIKE载体上构建双文开关 三、数学模型建立 U，V分别表示两种阻遏子的量 α1和α2为两种启动子在没有阻遏子时的表达速率 -U和-V表示两种阻遏子的自然降解速率 β和γ为启动子的抑制参数数值越大表示抑制越强

  13. 自激振荡环 一、遗传线路设计 TetR CI PL IacO1 tetR-lite cI-lite lacI-lite PR PI tetO1 PL IacO1 gfp 自激振荡环基因线路图

  14. 细胞群体系统脉冲发生器 TetR 信号发生细胞 脉冲发现细胞 luxI LuxR gfp luxR cI

  15. aTc 信号发生细胞 脉冲发现细胞 I TetR AHL luxI LuxR CI gfp luxR cI

  16. aTc 信号发生细胞 脉冲发现细胞 I TetR AHL luxI LuxR CI gfp luxR cI

  17. 其他方面的合成生物学基础研究 一、控制群体数量的遗传线路 细胞凋亡是指细胞接受某种信号或受到某些因素刺激后，会发生主动基因调控的消亡过程。 AHL LuxI LuxR LuxR luxR luxl Plac/ara-1 lacZa-ccdB CcdB PluxI CcdB gfp LacZ

  18. 二、人工细胞群体图案系统 利用的是遗传生物线路对信号浓度随距离变化的响应 设计线路： 系统有两种细胞组成：发生器细胞和接收器细胞 AHL CI luxl PLtetO-1 高浓度时接受细胞的响应 信号发生细胞

  19. lacIM1 lacIM1 CI cI 低浓度时接受细胞的响应 中浓度时接受细胞的响应 lacI lacI

  20. 分析 只有当信号分子浓度低于某一上限高于某一下限时荧光蛋白才会表达。

  21. 人工级联遗传线路 为了研究级联线路的特性，生物学家构建了人工三级遗传线路: aTc TetR tetR PIacIq Pltet-O1 eyfp 一级级联线路

  22. aTc TetR LacI tetR lacI PIacIq Plac Pltet-O1 eyfp 二级级联线路

  23. aTc TetR LacI CI tetR lacI cI PIacIq λP(R-o12) Pltet-O1 Plac eyfp 三级级联线路

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