CRISPR遇上合成生物学:与麻省理工学院Christopher Voigt的对话

由肯德尔摩根

克里斯托弗·沃格特解释说,他的实验室在马萨诸塞州理工学院,一直“致力于推动基因工程规模的新实验和理论方法,具有基因组设计的最终目标。”它是基因组规模的基因工程,期望农业,材料,化学品和医学的主要进步。

他们走了,voigt的集团也被组装工具箱任何人都需要以非常重要的方式开始考虑基因工程项目。在他的最新论文之一,发表在分子系统生物学去年11月,Voigt和Alex Nielsen描述了当多输入CRISPR/Cas基因电路与内部的调控网络相连时,什么是可能的大肠杆菌宿主细胞。

使用NOT门的CRISPR/Cas9基因电路示意图。

我们与Voigt谈到了这种碰撞,该碰撞在Crisprop技术和合成生物学之间发生,他通过加入的工具可以提供,并且所有这些都可能导致我们未来。

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用CRISPRs构建电路

addgene:什么可以为合成生物学做些什么?

voigt:大承诺是正交性。您可以使用不同的启动子引导的CAS9创建几乎无限数量的DNA结合蛋白。建立遗传电路的挑战是获得足够的调节蛋白,不会互相干扰。CRISPR是如此正交和可编程你可以制作一个非常大量的监管机构。这基本上意味着更大的遗传电路,可以想象地与自然监管网络一样大。

addgene:我们可以作为遗传电路变得更大更复杂的东西?

voigt:如果你观察所有的生物产物——甚至是一块木头——在空间上有很多控制在木头内部的不同点上发生了什么。纤维素纤维有不同的类型,花纹、形状。所有这些都由工厂的监管网络控制。如果我们想要获得这种类型的材料——或者做生物学能做的事情——能够建立像自然网络一样复杂的调节机制是件好事。我们可以建造一种像木头一样复杂的材料。为了达到这样的规模,我们还必须通过编程细胞来思考。

在治疗学的背景下,如果你想让一个细胞识别并针对一个恶性细胞,那么你需要在不同的时间开启基因的能力。它需要更复杂的合成网络。

addgene:你必须克服哪些障碍,还有哪些障碍?

voigt:我们还没有克服了几个障碍。对于这种特殊的论文,实际上没有许多障碍。它非常令人奇迹。所以我认为关于CRISPR的一件好事是与监管蛋白一起使用的更容易。我们仍有我们没有解决的事情,阻止它被使用。一件事是Cas9有毒。当细胞携带CRISPR电路时,它可以减缓它们的增长。必须这样做的事情。

第二个问题是根本性的。我们建立了NOR门,因为它们被用来创建任何你能想到的程序。阿波罗11号发射宇宙飞船到月球的任务电路是在NOR门上建造的。它是一个基本单位。我们确实证明了可以将CRISPR化学用于NOR门。但是有几个问题。你不可能在不重复相同的引导RNA的情况下做到这一点。第二个问题是响应函数的形状或输出作为输入函数如何变化。通常这个函数的形状是S;有一个狭窄的阈值,就像一个开关打开或关闭。 CRISPR shows a more continuous response - not switch-like at all.

因为每一层的信号都在退化,所以要建立连接许多引导rna的更大的电路也很困难。如果我们能解决这些问题,那么我认为你可以建立的网络的规模就没有限制了。

addgene:这就是你现在的工作吗?

voigt:我们现在正在努力,我们有想法,但到目前为止还没有工作。我没有解决方案。我们的论文显示我们可以轻松地进行正交变化。第一个在每种情况下工作。有时在CRISPR人们谈论偏离目标互动。这是相关的,如果你想确保你不瞄准其他地方,而是对于合成电路,它们是非常正交的。这是一个不同的角度,您可以将它们分层以获取更复杂的功能。那些东西是轻松克里普尔克

addgene:多年来你已经赚了很多存款到Addgene。你能描述你放在一起的工具箱吗?

voigt:我们一直试图让一切都能实现建设合成基因组或基因组规模的建设项目的规模。不是从头开始,但是可以创造该规模的遗传设计。有人可以接受一个工程项目,包括数百个基因和监管和资源控制 - 在该规模上有必要的一切。

如果你看看我们已经投入的资金,基本面就已经存在了。复杂的基因部分还不够多。我们已经描述了近600种终结者。这为我们提供了足够的硬件来控制数百个基因。我们创造了足够的监管要素,CRISPRS.压缩机,活化剂。我们已经把非常大的工具箱放在一起并使它们可用。

我们也会提交零件从另一个资源分配的论文。这些可以让你设定一个细胞的转录和翻译活动的数量,并控制它消耗细胞资源的多少。我们的目标是为人们提供完成大型基因工程项目的全套工具。

addgene:现在这么做容易吗?

voigt:我们一直在做的一件事就是开发软件,让人们可以设计这样规模的系统。这将在明年公布。然后会有两个部分的组合在Addgene连同软件告诉你哪些部分需要得到你想要的功能。在过去的几年里,我们制作了大量的部件,并对软件进行了特征化,以帮助你把它们组装在一起。该软件将在开源代码库GitHub上发布。

addgene:从长期来看,这一切将走向何方?

voigt:今天生物技术的顶级产品是丁醇——非常简单的分子——少量的碳和氧。没有比这更复杂的了。还有蛋白质,比如抗体。但我们实际上只是在使用生物学赋予我们的东西。木材是一种复杂的材料,我们可以使用它,但我们被生物学给我们的东西困住了。在接下来的100年里,我们真的能够设计出像活细胞和动物制造的那样复杂的新材料和化学物质。这将是基因工程的结果。


谢谢你克里吉特与我们交谈!

找到质粒:

引用:

Nielsen AA,Voigt Ca.联系主机监管网络的多输入CRISPR / CAS遗传电路。MOL SYST BIOL.。2014年11月24日; 10:763。DOI:10.15252 / MSB.20145735。PubMed.


在addgene中找到合成生物学质粒

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