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电子设计工程 2019年第3期27卷 26-30,35页

作者：周俊楠何苗熊德平广东工业大学物理与光电工程学院广东广州510006

为解决光遗传学系统体积大,传输效率低,使用局限性大的问题,通过变量分析的方法,设计了一种基于无线供电的光遗传系统优化方案。该方案具有功耗低,结构简单,响应速度快,效率高且光强输出稳定的优点。仿真及实验结果表明:在两线圈距离为1... 详细信息

为解决光遗传学系统体积大,传输效率低,使用局限性大的问题,通过变量分析的方法,设计了一种基于无线供电的光遗传系统优化方案。该方案具有功耗低,结构简单,响应速度快,效率高且光强输出稳定的优点。仿真及实验结果表明:在两线圈距离为10 mm时,蓝光LED的两端电压能达到3.7 V。可见该优化方案结合光遗传系统的实际情况,通过实验优化系统硬件结构,显著提高了无线传输的稳定性。

关键词：无线供电光遗传系统全植入式系统优化

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基于人工小RNA的多基因调控系统的构建及解析

基于人工小RNA的多基因调控系统的构建及解析

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作者：张芬芳天津大学

学位级别：硕士

细菌小RNA是一类长度在50～300 bp且通常不具备翻译能力的功能分子,在环境胁迫响应、代谢变化适应和细菌毒力控制过程中发挥着不可替代的调控作用。近年来,基于天然小RNA设计构建的人工小RNA的工作日益丰富,实现了对目的基因甚至通路的... 详细信息

细菌小RNA是一类长度在50～300 bp且通常不具备翻译能力的功能分子,在环境胁迫响应、代谢变化适应和细菌毒力控制过程中发挥着不可替代的调控作用。近年来,基于天然小RNA设计构建的人工小RNA的工作日益丰富,实现了对目的基因甚至通路的有效调控。人工小RNA工具通过与靶m RNA进行碱基互补配对而实现转录后调控,其中基于Hfq的人工小RNA抑制工具,由结合模块和Scaffold模块组成,对靶基因抑制时只需将结合模块设计成一段24 nt的与靶m RNA互补配对的序列,具有设计方便、易于实现、普适性好、抑制效率高等优势,在代谢工程上应用广泛。但在多基因调控方面,面对复杂的细胞网络,经常需要同时对多个基因进行调控,目前常使用多质粒或多启动子策略,但限于相容性质粒的数量或多启动子的重复序列,使小RNA应用于多基因调控的数量有限,目前还缺乏一种简单有效、调控范围更广的基于小RNA的多基因抑制工具。为此,本文以大肠杆菌MG1655为例,探索并解析了多基因调控的小RNA工具。本文完成了以下内容:1、在大肠杆菌MG1655中开发了多种基于Hfq的人工小RNA多基因抑制系统,通过比较我们确定了一种新的ZL-s RNA多基因抑制系统有较好的同时抑制率和质粒稳定性。该ZL-s RNA多基因抑制系统由一个启动子表达多个直接串联的小RNA,模块简单,构建方便,并达到了对5个基因平均72.46%的同时抑制率,以及对10个基因平均45.75%的同时抑制率。2、通过体外实验和体内实验初步探究了ZL-s RNA多基因抑制系统发挥功能的机制,验证了s RNA的Scaffold中Rho因子非依赖性转录终止子的存在使得ZL-s RNA多基因抑制系统转录出含不同个数s RNA的转录本。这也使得在ZL-s RNA中处于不同位置的s RNA对其靶基因的抑制效果不同,为实现多基因精细调控提供了研究方向。3、将ZL-s RNA多基因抑制系统与光遗传系统结合,初步开发了ZL-s RNA多基因光遗传抑制系统,实现光诱导条件下对多基因的抑制,实现了对5个基因达到平均22.79%的同时抑制率。并对影响s RNA抑制效果的因素进行分析,对进一步开发高效的光诱导多基因调控工具具有参考价值。本工作开发的基于人工小RNA工具的多基因调控系统ZL-s RNA具有模块简单稳定、抑制效果好的特点,并从机制上解释了通过改变s RNA的位置以实现ZL-s RNA用于多基因精细调控的可能。这项工作将为多基因调控工具提供了重要参考。

关键词：大肠杆菌人工小RNA 多基因调控必需通路抑制光遗传系统

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光控稳健基因振荡系统的构建

光控稳健基因振荡系统的构建

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作者：亓慧敏华中农业大学

学位级别：硕士

基因振荡器及其稳健性一直是合成生物学领域的研究热点。借助光遗传学方法调节基因的行为是近年来比较常用的基因操控方法之一,它因独特的优势而被广泛应用于各种生命系统。目前,科学家们已经构建出较多种类的基因振荡器和光控基因表达... 详细信息

基因振荡器及其稳健性一直是合成生物学领域的研究热点。借助光遗传学方法调节基因的行为是近年来比较常用的基因操控方法之一,它因独特的优势而被广泛应用于各种生命系统。目前,科学家们已经构建出较多种类的基因振荡器和光控基因表达系统,但利用光控系统控制基因振荡器的研究还很少见。本研究利用光遗传学方法,通过整合光遗传学基因表达模块并施加光控来增加基因振荡器的稳健性。首先,我们在大肠杆菌中分别构建了两套受到光照调控的群体同步基因振荡器——蓝光光控振荡器和红光光控振荡器。同时,我们还在计算机中构建了虚拟的群体同步基因振荡器。两种光控振荡器受到虚拟振荡器的调控,构成了两种光控稳健振荡系统。在每套光控稳健振荡系统中,我们利用稳健的虚拟振荡器对光控振荡器进行实时调控,即,通过虚拟振荡器使光照强度呈现稳定的振荡,借助稳定振荡的光照调控光控振荡器中相关基因的表达水平,最终使整个光控振荡系统的振荡行为更加稳健。本研究能够加深我们对基因振荡回路的理解,对操纵生命系统中的振荡体系和构建稳健的合成生物学系统有重要的理论指导意义。在实际应用方面,光控稳健振荡系统可以整合到工程菌中,使其根据需求周期性地表达目标蛋白,从而节约生产成本,提高生产效率。

关键词：基因振荡器光遗传系统虚拟振荡器微流控芯片大肠杆菌

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