大肠杆菌经过重新布线以控制生长专家们让它们为药物制造蛋白质

专家们为生物技术的主力细菌配备了反馈控制机制，以平衡生长与制造蛋白质产品。胰岛素和干扰素等药物是使用基因工程细菌制造的，例如大肠杆菌。大肠杆菌生长迅速，可以给予DNA指导他们制造用于药物和其他材料的蛋白质。

然而，生产新蛋白质的额外负担阻碍了细菌生长，从而减缓了生产。解决这个问题是生物技术和合成生物学的一个重要领域。

在自然方法封面上的一篇论文中，伦敦帝国理工学院的专家创建了一个反馈系统，让工程大肠杆菌解决他们自己的问题。伴随着同一团队在Nature Communications上发表的第二篇论文，报道了一种预测大肠杆菌生长受负担影响的新方法。

问题

这两项研究的共同主要作者，帝国生物工程系的汤姆埃利斯博士解释说：“就像一个徒步旅行者不得不突然背着沉重的背包，我们说细胞有'负担' - 鉴于相同的资源，他们现在成长比没有负担的竞争对手慢得多。

“这意味着，在数亿个细菌的大桶中，产生最多产品的工程细胞实际上是那些具有最大劣势的细胞 - 它们生长得慢得多，效率也低下。”

解决方案

为了创建反馈系统，研究人员首先使用RNA测序 - 一种测量细胞中所有基因表达的技术 - 观察细胞内部哪些基因自然改变细胞负荷时的行为。

第一作者，来自帝国化学工程系的Francesca Ceroni博士说：“我们之前的工作探讨了如何制造额外的蛋白质对大肠杆菌施加压力并改变它们的行为.RNA测序告诉我们他们是如何做到这一点的。”

在确定导致负担导致的行为改变的细菌DNA之后，该团队通过将该DNA与DNA连接以产生蛋白质来创建反馈回路。

共同主要作者，来自生物工程系的Guy-Bart Stan博士解释说：“一旦我们知道细菌如何感知负担，我们就可以将传感与蛋白质生产联系起来，以创建一个反馈循环。

“一旦细胞检测到过高的负担，它们就会触发一个反馈控制器，将蛋白质产量降低到允许细胞生长良好的水平。”

研究人员表明，配备这种反馈控制系统的细菌根据负担改变了它们产生的蛋白质水平。而且由于它们现在生长得更好，配备反馈的细胞每批产生更多的蛋白质，因为产量处于可以实现良好生长的水平。

Ceroni博士补充说：“我们给大肠杆菌提供了在生产过程中更好地分配自己资源的手段。这是一种平衡行为。”

反馈系统和预测负担的新方法都集中在改善快速分裂细菌的合成生物学上。然而，该团队现在将专注于生物工程哺乳动物细胞，其产生抗体以帮助免疫反应，以及酵母细胞用于生产药用蛋白质。

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