摘要：合成生物学研究常用基因开关来调控细胞的状态以实现相应功能。已有的基因开关往往需要持续的输入信号来维持特定的开关状态,开关功能的维持需要持续消耗能量,并且对扰动较为敏感。文中利用了位点特异性重组酶的倒位效应反转终止子,构建了一种转录层次的状态调控开关,使得脉冲信号即可触发开关状态改变,并在下一次信号来临前稳定维持当前状态。应用自下而上的工程化思想,文中先后对重组酶和终止子进行了单独表征和组合表征,探究了二者之间的相互影响,筛选出了相互兼容的组合,成功实现了细胞的单次、二次状态切换。最后,此开关成功地被用于构建生物七段译码器,显示出了其较好的应用潜力。

摘要：锌指蛋白能够特异性识别目标DNA序列,常被作为分子靶向因子用于定点核酸编辑以及定点转录调控等方面,具有十分广泛的应用前景.然而,目前常规采用的实验方法得到的锌指蛋白通常结合的目标DNA序列较短,结合能力不强,因而一直难以高效运用在核酸序列与调控蛋白在基因组上的原位互作等方面的研究中.为了解决这个问题,本研究构建了一个高通量筛选系统,利用N4噬菌体gp8毒蛋白和LacZ作为报告基因,以300 bp以上的DNA长片段为靶标,来筛选能够结合多位点的锌指蛋白组合,提高锌指蛋白应用的精确度以及效率.该系统针对小鼠Nrxn-1?启动子区域进行了锌指蛋白文库筛选,得到了具有序列选择特异性的混合锌指蛋白库,并对筛选结果进行了初步功能验证.研究表明,本系统具有简便快捷的特点,不仅大幅度缩短了筛选时间,而且减少了因靶标序列DNA片段较长而不得不反复设计多位点结合锌指蛋白造成的成本浪费;筛选得到的锌指蛋白库具有较高的长片段DNA靶标结合能力和一定的序列特异性,并且能够在真核细胞内特异地结合目标DNA序列.因此,本研究建立的新型锌指筛选系统不仅可以广泛应用于高通量筛选,而且在DNA-蛋白相互作用的研究中也具有重要意义.

摘要：合成生物学的迅猛发展使其在各个领域得到了广泛应用,底盘设计、元件组装、代谢网络的从头构建、大片段DNA克隆、多片段DNA拼接等合成生物学技术的开发和利用大大提高了工业生物技术的竞争力.聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种具有生物可降解和生物相容性等优良特性的生物塑料,可以在许多细菌胞内合成,已经被开发应用于多个领域.但是,PHA高昂的生产成本阻碍了其大规模应用.基于合成生物学研究而得到的新方法、新技术可以改变细菌生长模式、生长条件以及细菌形态,从而进一步降低PHA的生产成本.另一方面,通过改造细菌基因组如弱化?-氧化途径可以得到不同种类的重组菌株,用于生产具有不同性能的包括无规共聚物、嵌段共聚物、带有官能团的聚合物等在内的新型多功能PHA材料.合成生物学的应用开创了低成本、高附加值的PHA材料生产的新时代,为PHA的产业化奠定了坚实的基础.

摘要：2020年诺贝尔化学奖授予了Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier这两位女科学家,以表彰她们在CRISPR技术发明上所做出的重要贡献。CRISPR系统通过向导RNA和核酸酶Cas蛋白在基因组上特定位点进行序列编辑,有着高效、精准和可设计等特点,已经被广泛应用于基础生物学研究、基因治疗和动植物育种等诸多领域,并引起了现代生物学领域的巨大技术变革。本文从基因编辑与CRISPR技术的发现和发展入手,对该技术和它相关的科学故事进行简要总结和评论。