Cell发布合成生物学重大成果：纸张基因网络

　　

生物通报道：自2000年首次亮相以来，合成生物学研究已经走过了十多个年头，经过这些年的发展，这门学科已经成为了包含复杂生物系统，构建工程设计的一个充满活力的研究学科。目前在合成和设计合成基因环路方面取得了许多重要的成果，但是要将这些环路用于实际应用，却遇到了不少问题。

近期来自哈佛大学Wyss生物工程研究所，波士顿大学等处的研究人员发表了题为“Paper-Based Synthetic Gene Networks”的文章，公布了一种基于纸质的非细胞环路，也许能解决这一问题，这一设计将能用于构建低成本，高度可扩展平台，被应用于特异性快速疾病诊断中。

这一研究成果公布在10月Cell杂志在线版上，同期也刊发了一篇评论性文章，介绍了这项重要的成果。

领导这一研究的是合成生物学的前沿科学家James J. Collins教授，合成生物学还是处于萌芽阶段的学科，许多优秀的青年科学家用证明概念性的实验相互称奇并且发表充斥着整页的数学公式的研究论文。而Collins是创造出由合成生物学发展的先进商业化技术的第一人。更进一步，他证明合成生物学已经为市场做好了准备，这远远快于其他人的预期。

合成基因网络在重编程和生物机体改写方面具有广泛的用途，然而迄今为止还没有一种方法，能利用这种网络在实验室和体内环境以外的强大功能。在这篇文章中，研究人员构建出了一种基于纸张的体外平台，能为合成生物学家提供可一种多用途可变系统，可以作为实验室以外的工程基因网络中介。

研究人员将市场上的无细胞系统冻干放置于纸张上，由此发展出价格低廉、无菌的非生物合成生物学技术，这能用于临床医疗，全球健康，工业，研究和教育等多个方面。

作者表示，“为了能现场使用，我们构建了比色法检测，能用于肉眼观察，也创造了一种低成本、电子光学界面，便于使用。这一新技术配备有小分子和RNA遗传开关驱动，复杂基因环路快速构建，程序化体外诊断，以及葡萄糖传感器，特殊埃博拉病毒传感器。”

Collins教授此前曾在合成生物学方面取得了许多重要的成果，譬如他曾在2004年第一次描述了最有前途的一项技术：一个RNA核糖调控子。它包含一段DNA序列，这段序列在经过基因工程改造过的病毒的携带下，整合到宿主细菌的基因组上。这段DNA接着产生一个环状的信使RNA，信使RNA结合到核糖体(细胞内蛋白质工厂)上，就可以阻断特定蛋白的生产。同样，调控子也可以干相反的事情。为了开始合成这种蛋白质，也可以命令调控子停止阻断核糖体。实际上，核糖体调控子使得科学家以接近100%的准确度和效率来控制蛋白质的生产。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Paper-Based Synthetic Gene Networks

Synthetic gene networks have wide-ranging uses in reprogramming and rewiring organisms. To date, there has not been a way to harness the vast potential of these networks beyond the constraints of a laboratory or in vivo environment. Here, we present an in vitro paper-based platform that provides an alternate, versatile venue for synthetic biologists to operate and a much-needed medium for the safe deployment of engineered gene circuits beyond the lab. Commercially available cell-free systems are freeze dried onto paper, enabling the inexpensive, sterile, and abiotic distribution of synthetic-biology-based technologies for the clinic, global health, industry, research, and education. For field use, we create circuits with colorimetric outputs for detection by eye and fabricate a low-cost, electronic optical interface. We demonstrate this technology with small-molecule and RNA actuation of genetic switches, rapid prototyping of complex gene circuits, and programmable in vitro diagnostics, including glucose sensors and strain-specific Ebola virus sensors.

Synthetic Biology Looks Good on Paper

Tremendous progress has been made in the design and implementation of synthetic gene circuits, but real-world applications of such circuits have been limited. Cell-free circuits embedded on paper developed by Pardee et al. promise to deliver specific and rapid diagnostics on a low-cost, highly scalable platform.