提高人工合成基因回路的準(zhǔn)確性(DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性是通過什么來實(shí)現(xiàn)的)

提高人工合成基因回路的準(zhǔn)確性

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國哈佛大學(xué)和英國劍橋大學(xué)的研究人員成功地改善一種被稱作壓縮振蕩子（repressilator）的人工合成時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。他們描述了他們采取的步驟來降低這種生物系統(tǒng)中的噪聲數(shù)量和它如何好地發(fā)揮作用。相關(guān)研究結(jié)果于2016年10月12日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Synchronous long-term oscillations in a synthetic gene circuit”。針對這項(xiàng)研究，來自美國加州理工學(xué)院的Xiaojing Gao和Michael Elowitz發(fā)表一篇“新聞與評論”類型的論文，論文標(biāo)題為“Synthetic biology: Precision timing in a cell”，并且解釋了他們的研究結(jié)果如何可能改善對天然基因回路的理解。

科學(xué)家們已注意到一些活細(xì)胞—比如作為生物鐘一部分的那些細(xì)胞---在追蹤時(shí)間上表現(xiàn)出的高精度，并且試圖復(fù)制這種過程。16年前，Michael Elowitz和Stanislas Leibler開發(fā)出如今被稱作壓縮振蕩子---一種人工合成的振蕩性基因回路---的東西。他們的結(jié)果已表明在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和構(gòu)建基因回路是可行的。所構(gòu)建出的基因回路能夠發(fā)揮功能，但是噪聲較大，因而并不比天然的細(xì)胞時(shí)鐘那么準(zhǔn)確。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員對這種壓縮振蕩子的幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行改善，每次改善都極大地降低噪聲數(shù)量，而且通過這樣做，增加它的精準(zhǔn)度。

這種壓縮振蕩子是利用結(jié)合到位于靶向抑制的一個(gè)基因附近的DNA序列上的阻遏蛋白而被制造出來的。三種阻遏蛋白被制造出，當(dāng)一種阻遏蛋白表達(dá)增加時(shí)，它導(dǎo)致第二種阻遏蛋白表達(dá)下降，接著這會(huì)導(dǎo)致第三種阻遏蛋白表達(dá)增加，如此一來，產(chǎn)生表達(dá)振蕩---這些行為受到報(bào)告分子的監(jiān)控。

不幸的是，每種振蕩會(huì)受到被視為噪聲的隨機(jī)波動(dòng)的干擾。為了降低這種噪聲，研究人員將這些報(bào)告分子整合到這種壓縮振蕩子中，對這些阻遏蛋白進(jìn)行改造，使得它們遭受降解，以便降低制造出的阻遏蛋白編碼基因的拷貝數(shù)量，同時(shí)增加這三種阻遏蛋白中的一種與DNA序列之間的結(jié)合閾值。

在對這些改進(jìn)進(jìn)行測試時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們將振蕩周期長度的標(biāo)準(zhǔn)差從35%降低到僅僅14%，Gao和Elowitz將14%描述為高精度---足夠好而允許大量細(xì)胞保持同步。

DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性是通過什么來實(shí)現(xiàn)的

DNA中主要有：DNA的半保留，嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對原則、DNA聚合酶具有校正功能、復(fù)制中需要RNA引物，因?yàn)镈NA復(fù)制開始的時(shí)候容易出錯(cuò)，在復(fù)制結(jié)束后RNA引物被切除，再由DNA聚合酶合成DNA，填補(bǔ)缺口，大大降低了合成的錯(cuò)誤率。

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一個(gè)單鏈作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一個(gè)親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制。DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的實(shí)驗(yàn)所證明。

擴(kuò)展資料：

DNA復(fù)制的終止發(fā)生在特定的基因位點(diǎn)，即復(fù)制終止位點(diǎn)。該位點(diǎn)的終止位點(diǎn)序列被與該序列結(jié)合的阻止DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)識(shí)別并結(jié)合，阻止了復(fù)制叉前進(jìn)，復(fù)制終止。細(xì)菌物的DNA復(fù)制末端位點(diǎn)結(jié)合蛋白又稱Ter蛋白。

因?yàn)榧?xì)菌具有環(huán)狀染色體，所以當(dāng)兩個(gè)復(fù)制叉在親本染色體的另一端彼此相遇時(shí)復(fù)制終止發(fā)生。大腸桿菌通過使用終止序列來調(diào)節(jié)該過程，當(dāng)該序列被Tus蛋白結(jié)合時(shí)，終止序列僅允許復(fù)制叉一個(gè)方向的通行。結(jié)果，復(fù)制叉總是在染色體的終止區(qū)域內(nèi)相遇，導(dǎo)致復(fù)制終止。

參考資料來源：百度百科—DNA復(fù)制

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