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在合成生物學(xué)研究中，無細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)（CFE）作為關(guān)鍵平臺的應(yīng)用日益廣泛。近期的一項研究揭示了一種新型可編程載體——環(huán)狀單鏈DNA（CssDNA），能夠在酵母基無細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)中實現(xiàn)基因表達(dá)和調(diào)控，這一發(fā)現(xiàn)為合成生物學(xué)工具箱增添了新的利器。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)主要依賴于雙鏈DNA和單鏈RNA作為轉(zhuǎn)錄和翻譯的載體。然而，環(huán)狀單鏈DNA（CssDNA）由于其可編程性和定位性，在DNA納米技術(shù)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。此次研究旨在探索CssDNA在合成生物學(xué)中的潛力，特別是在基因表達(dá)和調(diào)控方面的應(yīng)用。

圖源：nature communications（2024），doi：10.1038/s41467-023-42437-6

研究團(tuán)隊在酵母基無細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)中引入了CssDNA，測試其作為基因表達(dá)載體的效果。通過DNA和RNA聚合酶的處理，CssDNA在該系統(tǒng)中實現(xiàn)了有效的基因表達(dá)。此外，研究人員還設(shè)計了不同路徑的正義和反義CssDNA，構(gòu)建了幾種基因調(diào)控邏輯門，進(jìn)一步驗證了CssDNA在基因調(diào)控中的應(yīng)用潛力。

1. 高效基因表達(dá)：研究表明，CssDNA在酵母基CFE系統(tǒng)中能夠被有效處理，成功實現(xiàn)基因表達(dá)。這為無細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)提供了一種新的高效載體。

2. 多樣的基因調(diào)控路徑：通過工程化設(shè)計，CssDNA能夠通過正義和反義路徑實現(xiàn)基因調(diào)控，展示了其在合成生物學(xué)中的廣泛應(yīng)用潛力。

3. 構(gòu)建基因調(diào)控邏輯門：研究團(tuán)隊成功利用CssDNA構(gòu)建了幾種基因調(diào)控邏輯門，這些邏輯門能夠在CFE系統(tǒng)中執(zhí)行復(fù)雜的基因調(diào)控任務(wù)，為基因電路設(shè)計提供了新的可能。

這一研究顯著推進(jìn)了對CssDNA在基因表達(dá)和調(diào)控中應(yīng)用的理解。CssDNA不僅可以作為一種高效的基因表達(dá)載體，還能夠通過多種途徑實現(xiàn)精確的基因調(diào)控。這為合成生物學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開辟了新的方向。

研究團(tuán)隊計劃進(jìn)一步優(yōu)化CssDNA的設(shè)計，以提高其在不同無細(xì)胞系統(tǒng)中的適應(yīng)性和效率。同時，他們將探索CssDNA在其他生物系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力，旨在開發(fā)更加靈活和高效的基因調(diào)控工具。

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