Generating dynamic gene expression patterns without the need for regulatory circuits.
Generating dynamic gene expression patterns without the need for regulatory circuits.
复制标题
DOI：
10.1371/journal.pone.0268883
复制
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
合成生物学已成功提高了我们设计和实施复杂的、随时间变化的基因回路以控制重组蛋白表达的能力。然而，这些回路通常需要产生调节基因，其唯一目的是协调其他基因的表达。在设计非常小的基因构建体（如病毒基因组）时，我们可能希望避免引入此类辅助基因产物，同时仍要编码复杂的表达动态。为此，我们在此证明，在噬菌体基因组的计算模型中，仅改变启动子、终止子和核糖核酸酶切割位点的位置和强度，就足以实现多种基本基因表达模式的解决方案。我们通过对基因组进行计算机进化以重现所需的基因表达时间进程数据来发现这些基因解决方案。我们的方法表明，可以进化出非平凡的模式，包括基因丰度的相对顺序随时间变化的模式。我们发现，有些模式比其他模式更容易进化，并且通过不同的基因结构可以实现类似的表达模式。我们的工作通过微调基因表达和基因降解速率的平衡，为基因组工程开辟了一条新途径。
Synthetic biology has successfully advanced our ability to design and implement complex, time-varying genetic circuits to control the expression of recombinant proteins. However, these circuits typically require the production of regulatory genes whose only purpose is to coordinate expression of other genes. When designing very small genetic constructs, such as viral genomes, we may want to avoid introducing such auxiliary gene products while nevertheless encoding complex expression dynamics. To this end, here we demonstrate that varying only the placement and strengths of promoters, terminators, and RNase cleavage sites in a computational model of a bacteriophage genome is sufficient to achieve solutions to a variety of basic gene expression patterns. We discover these genetic solutions by computationally evolving genomes to reproduce desired gene expression time-course data. Our approach shows that non-trivial patterns can be evolved, including patterns where the relative ordering of genes by abundance changes over time. We find that some patterns are easier to evolve than others, and comparable expression patterns can be achieved via different genetic architectures. Our work opens up a novel avenue to genome engineering via fine-tuning the balance of gene expression and gene degradation rates.
登录
查看更多内容
影响因子：
5.4
作者：
HAYASHI, MN;HAYASHI, M;IMAI, M
通讯作者：
IMAI, M
影响因子：
16.6
作者：
Espah Borujeni A;Zhang J;Doosthosseini H;Nielsen AAK;Voigt CA
通讯作者：
Voigt CA
影响因子：
64.8
作者：
Dekel, E;Alon, U
通讯作者：
Alon, U
影响因子：
7.7
作者：
Breuer, Marian;Earnest, Tyler M.;Luthey-Schulten, Zaida
通讯作者：
Luthey-Schulten, Zaida
影响因子：
56.9
作者：
Eames, Matt;Kortemme, Tanja
通讯作者：
Kortemme, Tanja