專訪清華大學謝震：人工合成基因線路技術在Nature子刊發表

　　2015年2月2日，《自然?化學生物學》（Nature Chemical Biology）發表清華信息科學與技術國家實驗室（籌）謝震課題組與麻省理工學院Ron Weiss課題組共同完成的題為“Modular construction of mammalian gene circuits using TALE transcriptional repressors”的研究論文。該研究報道了在哺乳動物細胞中利用TALE轉錄抑制子模塊化拼裝合成基因線路的研究方法。鑒于本研究是哺乳動物合成生物學領域內一項突破性技術進展，測序中國對文章的通訊作者，清華大學謝震研究員做了獨家專訪。

　　問：首先祝賀您研究組的工作能夠被《自然?化學生物學》雜志認可并發表，您在合成生物學領域已取得了很多出色的成果，那么合成生物學在醫療健康方面將會有哪些應用？

　　謝震博士：現代合成生物學是一門新型交叉學科，其核心是以工程化理念，設計、改造、優化生物系統，突破自然體系的限制，實現合成生物體系在化學品、新材料 制造、醫學、農業、環境等領域的應用，并幫助理解生命現象的本質。合成生物學將很有可能像基因工程一樣，開創現代生物技術產業2.0的發展。近幾年，合成生物學在概念理論、方法技術方面取得了顯著的進展。在醫藥健康方面，利用合成生物學技術生產的青蒿素、食品致病菌的檢測已經開始應用。此外，很多醫藥公司也開始關注并利用合成生物學技術手段，開發新型疫苗、病原菌和疾病體外診斷方法、基因治療和癌癥靶向治療方法。

　　問：這項研究中提到的合成基因路線是什么含義，它在目前主要存在哪些問題?

　　謝震博士：合成基因線路是指經過人工設計的、由不同功能的生物分子和基因元件組成的自動控制裝置。我們可以把合成基因線路理解成人工設計的生物分子信號通路或者功能基因簇，在導入活細胞后，感受、整合、處理分子信號，行使特定生物功能。目前，大多數在哺乳動物細胞中運行的合成基因線路往往是通過使用有限的基因元件和昂貴、低效的“嘗試-錯誤”的方法構建，因而限制了在哺乳動物細胞中構建復雜基因線路的能力。因此，如何研發一個功能定義良好的合成基因元件庫和相應的計算模擬方法，簡化哺乳動物合成基因線路設計，提高構建和優化效率是目前關注的一個研究熱點。

　　問：您的研究團隊是如何實現合成基因路線的？

　　謝震博士：我們課題組與MIT的Ron Weiss課題組一起成功構建了TALE（轉錄激活子類似因子）抑制子文庫，共包含26種正交的、可逆的TALE轉錄抑制子（TALER），并新設計了能夠與其結合的合成啟動子，通過兩者相結合形成對轉錄起始關鍵性因子的空間位阻，抑制基因轉錄。此外，我們還嘗試了利用輸入/輸出轉移函數，預測由單個TALER組成的基因級聯線路和基因開關線路功能，發現預測的結果和實驗結果有較高的相關性，說明了利用TALER基因元件模塊化拼裝合成基因線路的可行性。

　　問：那么，基因開關如何控制？

　　謝震博士：我們設計的基因開關由兩種相互抑制的TALER組成。并且，我們利用外源表達的shRNA或內源表達的microRNA分別抑制兩種不同TALER的基因表達，從而達到控制基因開關狀態切換的目的。這就像一個“分子蹺蹺板”，壓制一端，另一端就會翹起。已有研究報道的合成基因開關都是由小分子誘導物控制，這是第一次報道利用shRNA或者microRNA控制基因開關。

　　問：利用microRNA控制基因開關有什么優點呢？

　　謝震博士：MicroRNA是一類21~23個堿基的微小RNA分子。在哺乳動物細胞中，幾乎所有的細胞功能都有不同種類的microRNA參與。已有研究發現在很多類型的癌細胞中，不同種類的microRNA表達量與正常細胞中的表達量差別很大，可以做為區分癌細胞與正常細胞的分子標志物。在本項研究中，我們選擇了一種子宮頸癌細胞系（HeLa細胞系）做為體外實驗模型，嘗試了利用TALER基因開關做為microRNA的感應器，感應在HeLa細胞中過量表達的microRNA。我們發現TALER基因開關可以提高對HeLa細胞的分類精確度。

　　問：您能夠概括說明這項研究的重要意義么？

　　謝震博士：我們通過構建的正交、可逆的TALE轉錄抑制子，不僅為構建模塊化合成基因線路、實現可編程的哺乳動物細胞操作提供了合成基因元件庫，也將成為揭示轉錄和轉錄后調控原理的有力研究工具。

　　問：任何優秀成果都來之不易，相信您的團隊在完成該課題過程中也付出了艱辛的努力，加班熬夜也應該是常事，但令您印象最深刻的是什么？

　　謝震博士：是的，這是我們項目組全體成員三年來共同努力的結果。大家都放棄了很多節假日，熬夜更是常事。此外，清華大學、清華信息國家實驗室在人員和設備配置方面也給予了很大支持和便利，保障了項目的順利進行。

　　注：清華信息科學與技術國家實驗室的謝震研究員，麻省理工學院生物工程系的Ron Weiss教授是該論文的共同通訊作者。麻省理工學院博士生李寅青（Yinqing Li），原清華信息科學與技術國家實驗室研究助理蔣云、實習生陳赫是該論文的共同第一作者。該項工作得到了北京市自然科學基金委、科技部973項目、青年千人計劃、清華自主科研項目、清華信息國家實驗室的資助。