《自然》：由細菌制成的*同步基因振蕩器誕生

美國加州大學圣迭戈分校的杰夫·海斯第及其同事在zui近出版的《自然》雜志上發(fā)表研究報告指出，他們通過合并群體效應制成了新型細菌振蕩器。不過，該振動器不是典型的時鐘，它既沒有石英機芯，也沒有旋轉的秒針，它的“心臟"是一群經(jīng)基因工程改造的菌群。

　　群體效應是一種分子通信形式，許多細菌利用群體效應來協(xié)調它們的活動。振蕩器則是生物學世界的一個主要組成部分，可用于定義心跳、腦波及日夜節(jié)律的周期。它們還可提供一個重要的電子電路控制機制。

　　生物學家zui先著手設計生物振蕩器是在0年前，他們建立了一個名為“壓制振蕩子"的電路。帶有基因開關的遺傳振蕩子在2000年的誕生，被認為是合成生物學的開端。然而，早期的振蕩器精度不高，節(jié)奏下降很快，且頻率和振幅也無法控制。

　　2008年，海斯第及其同事曾創(chuàng)造了一個更強大的振蕩器，它可通過適于細菌生長的溫度、細菌得到的養(yǎng)分及特殊的化學觸發(fā)器進行調節(jié)。但是，這個振蕩器仍受限于個別細胞，無法適時地一起閃爍。

　　而研制的振蕩器包含一個雙基因簡單電路，由此建立起正、負反饋回路。該電路由一個信令分子激活，從而觸發(fā)信令分子本身及綠色熒光蛋白分子越來越多地產(chǎn)生。該信令分子在細胞外擴散后即可激活周邊細菌的電路。

　　被激活的電路還可產(chǎn)生一個能分解信令分子的蛋白，給循環(huán)提供延時制動。在單個和相鄰細胞中的不同電路發(fā)生動態(tài)相互作用，即可建立起信號分子和熒光蛋白的定期脈沖，并以同步活動波的形式出現(xiàn)。這個看似簡單的電路允許微生物與熒光燈的同步脈沖保持合拍，以50分鐘到00分鐘的節(jié)奏緩慢閃爍。瑞士聯(lián)邦技術學院的生物工程學家馬丁·富塞內格爾在論文評注中稱，這個壯舉類似于讓*的交通燈步調一致地閃爍。

　　這些細菌菌落生長在定制的微流體芯片內，該設備使科學家得以控制微生物所處的環(huán)境條件。改變養(yǎng)分流入芯片的速率就可改變振蕩的周期。

　　對生物醫(yī)藥和生物能源等許多應用來說，對群體細胞的活動進行同步是一個重要的基礎條件。例如，細菌可被設計用來檢測特定的毒素，熒光的閃爍頻率即表示其在環(huán)境中的濃度。雖然目前尚需要顯微鏡才能讀取輸出結果，但研究人員表示，他們正在開發(fā)用裸眼即可觀測的版本。

　　該細菌振蕩器也可用于傳遞藥物，其可按一定的時間間隔釋放藥物以達到*的效用。藥物的劑量和振蕩器的振幅相關，藥物的投放時間則由其振蕩頻率決定。