iGEM暑期文獻分享（1）——設計光激活合成細胞和細菌之間的細胞通訊

Engineering cellular communication between light-activated synthetic cells and bacteria

設計光激活合成細胞和細菌之間的細胞通訊

基因表達組件總是由簡單、模塊化的部件組裝而成，是可用於(yu) 創建具有生命功能的最小合成細胞的多功能平台。通過將基因調控序列結合在DNA模板中，可以根據特定的刺激控製原位基因表達，從(cong) 而控製合成細胞功能。在這篇文章中，通過在光激活的DNA模板上編碼感興(xing) 趣的基因，達到使用光來控製合成細胞內(nei) 的無細胞蛋白質合成的目的。

Part 01、設計目標

圖1. 係統機製示意圖

T7啟動子區域內(nei) 含有可被紫外線裂解的阻遏分子，該阻遏分子嚴(yan) 格抑製轉錄，直到用紫外線去除阻斷基團。通過這種方式，合成細胞以光控製的方式被遠程激活。以此激活酰基高絲(si) 氨酸內(nei) 酯合酶BjaI的表達，用光控製合成細胞和細菌之間基於(yu) 群體(ti) 感應的通信。

Part 02、光控開關(guan)

 Light-activated gene expression in synthetic cells.

圖2.光裂解T7啟動子阻遏因子的基因線路示意圖

通過光裂解結合在T7 啟動子上的生物素、單價(jia) 鏈黴親(qin) 和素和可裂解linker控製RNA聚合酶與(yu) T7啟動子結合，轉錄翻譯報告基因mNeonGreen。

圖3. b. 有或無紫外線照射下合成細胞內(nei) 光激活mNG表達的熒光顯微鏡圖像 c. 基於(yu) 圓檢測的圖像分析腳本定量mNG表達

圖3顯示，未用紫外光照射的合成細胞表達的mNG最小，其GFP通道熒光強度與(yu) 含有PURExpress但沒有DNA模板的合成細胞一致。受到紫外光照射的合成細胞可以表達mNG。

Part 03、光調控的空間控製

Spatially controlled activation of light-activated synthetic cells.

圖4.Photomask硬件示意圖

將含有LA-mNG DNA的合成細胞固定在1.5%瓊脂糖內(nei) ，並用不透光的圖案控製紫外光照射區域。黑暗區域阻止了紫外線的通過，下麵的囊泡不表達mNG。白色區域允許光通過，解開LA-DNA抑製並刺激基因表達。

圖5.實驗結果圖，由圖可以看出合成細胞僅(jin) 在暴露於(yu) 紫外線的區域表達mNG。

Part 04、群體(ti) 感應通訊

Quorum sensing through BjaI/BjaR System

圖6.BjaR/PjaI係統示意圖

BjaR啟動子對Ⅳ-HSL高度敏感：

Off site：在BjaI基因不表達時，不產(chan) 生Ⅳ-HSL，BjaR啟動子與(yu) RNA聚合酶的結合被阻斷，下遊基因不表達。

On site：在BjaI基因表達時，產(chan) 生HSL合酶，代謝產(chan) 生Ⅳ-HSL，結合到BjaR啟動子相應位點，使之與(yu) RNA聚合酶結合，啟動下遊基因表達。

圖7.體(ti) 內(nei) 合成Ⅳ-HSL示意圖

Part 05、光調控的群體(ti) 感應通訊實現

 Light-activated communication between synthetic cells and living cells.

圖8.最終實現示例圖