在幾乎所有細(xì)胞進(jìn)程中，基因表達(dá)都扮演了一個(gè)關(guān)鍵作用，雖然不少研究證明誘導(dǎo)型啟動(dòng)子能通過基因表達(dá)水平修飾，幫助科學(xué)家們深入了解調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，但是這種方法依然存在一些不足之處。具體來說，這種方法的作用局限于一些相對短期，群體規(guī)模效應(yīng)的研究。

近期來自法國INRIA研究所和CNRS研究所的研究人員證明，一種外部反饋回路（external feedback loop）能用于單細(xì)胞基因表達(dá)，進(jìn)行精確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩啻{(diào)控。

研究組構(gòu)建了一種實(shí)時(shí)的，閉環(huán)調(diào)控的基因表達(dá)平臺，這個(gè)平臺整合了顯微技術(shù)，微流體，和自動(dòng)成像原軟件，量化技術(shù)和模型預(yù)測控制技術(shù)。他們指出，這種技術(shù)能在群體和單個(gè)細(xì)胞水平，進(jìn)行包含時(shí)間常數(shù)和時(shí)間變量靶向表達(dá)譜（time-varying target expression profiles）的長期調(diào)控，這種實(shí)時(shí)調(diào)控可以避免基因表達(dá)隨機(jī)性的影響。研究人員預(yù)期這種方法將能用于改善復(fù)雜，合成設(shè)計(jì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的性能。

這項(xiàng)研究公布在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

文章作者Gregory Batt表示，他們在研究中遇到了不少挑戰(zhàn)，“由于基因表達(dá)是一個(gè)相對較緩慢的過程”，“因此我們不得不進(jìn)行長期的實(shí)驗(yàn)——每次持續(xù)15小時(shí)——來證明基因表達(dá)的有效調(diào)控。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都延伸到了酵母細(xì)胞的許多代，平臺每一個(gè)部分也都必須相應(yīng)的調(diào)整。

這項(xiàng)研究的一個(gè)重要方面在于，研究提供的證據(jù)表明，實(shí)時(shí)監(jiān)控能從動(dòng)力學(xué)上避免基因表達(dá)隨機(jī)性的影響。 “我們進(jìn)行了兩種類型的實(shí)驗(yàn)，”Batt說，“首先我們檢測了顯微視場中所有細(xì)胞的熒光信號，并用細(xì)胞平均熒光作為調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)。在第二種情況下，我們只聚焦于一個(gè)細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)隨機(jī)選擇，并且把這個(gè)細(xì)胞的熒光信號作為調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)。

然后我們觀察一個(gè)細(xì)胞的熒光靶值周圍的波動(dòng)，結(jié)果表明這個(gè)波動(dòng)從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來說，單個(gè)細(xì)胞比當(dāng)它們作為一個(gè)群的成員要小。”

這項(xiàng)研究除了能應(yīng)用于除了系統(tǒng)和合成生物學(xué)，Batt還認(rèn)為，“我們的平臺也吸引了計(jì)算生物學(xué)家的興趣，因?yàn)樗亯|了在線選擇模式和在線調(diào)控模式的道路”，在這個(gè)設(shè)備中，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行分析和解釋，因此模型也就可以成為最有效的形式。