4月28日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李健課題組基于“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試”等合成生物學(xué)理念，利用整合酶（integrase）和細(xì)菌接合轉(zhuǎn)移（bacterial conjugation）等技術(shù)，通過(guò)對(duì)基因線(xiàn)路的精準(zhǔn)調(diào)控，在不同大腸桿菌細(xì)胞之間實(shí)現(xiàn)了胞間信息通訊和邏輯調(diào)控，相關(guān)成果以“Integrase enables synthetic intercellular logic via bacterial conjugation”為題在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞系統(tǒng)》（Cell Systems）。

基因線(xiàn)路的設(shè)計(jì)與調(diào)控是合成生物學(xué)的核心內(nèi)容之一，其功能決定了宿主細(xì)胞的基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控及外在表型。通過(guò)調(diào)控基因線(xiàn)路，生物體能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)外部環(huán)境的變化。通常，攜帶基因線(xiàn)路的DNA載體（如質(zhì)粒）通過(guò)細(xì)胞分裂等垂直基因轉(zhuǎn)移（vertical gene transfer）方式在母細(xì)胞和子細(xì)胞間傳播，以維持其基因線(xiàn)路的穩(wěn)定遺傳。而水平基因轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer），包括轉(zhuǎn)化（transformation）、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）、胞外囊泡（outer membrane vesicle）和接合（conjugation）等方式，可實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)細(xì)胞間的遺傳信息傳遞和交換，從而賦予不同細(xì)胞以多樣的基因型和表型。自然界中，細(xì)菌群落之間普遍存在水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。然而在基于水平基因轉(zhuǎn)移的胞間信息交流、DNA轉(zhuǎn)移及基因線(xiàn)路的人工調(diào)控系統(tǒng)等方面，尚缺乏相關(guān)研究。

圖1 利用整合酶和細(xì)菌接合轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)細(xì)胞間的邏輯調(diào)控模式。

李健課題組以整合酶作為基因線(xiàn)路的調(diào)控工具，選用大腸桿菌作為研究對(duì)象，通過(guò)細(xì)菌間的接合作用，實(shí)現(xiàn)水平基因轉(zhuǎn)移，探索了不同菌株間的DNA信息傳遞及其調(diào)控模式。研究團(tuán)隊(duì)利用整合酶介導(dǎo)的三種基因重組方式（即刪除、翻轉(zhuǎn)、整合），結(jié)合課題組前期已開(kāi)發(fā)的體內(nèi)質(zhì)粒組裝技術(shù)和多種色素蛋白的使用，構(gòu)建了多種大腸桿菌菌株之間的邏輯調(diào)控模式，包括布爾邏輯門(mén)、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、級(jí)聯(lián)調(diào)控、信號(hào)放大/衰減、信號(hào)積累/消除、標(biāo)準(zhǔn)化、分化以及正交分配等（圖1）。這些合成的胞間信息加工模型進(jìn)一步拓展了水平基因轉(zhuǎn)移層面的基因線(xiàn)路調(diào)控方式。

本研究在大腸桿菌中建立了分層、分類(lèi)、可控、可擴(kuò)展的信號(hào)處理系統(tǒng)，凸顯了細(xì)胞間通訊在合成生物學(xué)研究中的重要性和可拓展性，同時(shí)也為基因線(xiàn)路設(shè)計(jì)與調(diào)控在系統(tǒng)生物學(xué)及其延伸應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展提供了新思路。

上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李健課題組2024屆博士畢業(yè)生巴方、2023級(jí)博士研究生張雨菲和2022級(jí)碩士研究生王璐瑤為論文共同第一作者，李健教授為通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位，先進(jìn)醫(yī)用材料與醫(yī)療器械全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海臨床研究中心為論文共同完成單位。

論文標(biāo)題：Integrase enables synthetic intercellular logic via bacterial conjugation

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cels.2025.101268