【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物工程和基因工程领域。更具体而言，本专利技术提供了细胞间通讯系统的全新(de novo)设计方法、根据该方法设计并经实验验证的细胞间通讯系统、该系统在构建多细胞信号网络和工程化的多细胞组织中的用途。
技术介绍
1、细胞-细胞通讯对于诸如分工、协作和发育为组织等多细胞的群体行为而言至关重要。介导此类信息传输和信号交流功能的细胞间信号系统在原核和真核生物中均广泛存在。例如，原核细胞的群体感应系统借助分泌信号分子对群体中各单细胞的行为进行协调，以响应环境形成生物膜、实现生物发光或控制毒力因子的表达。多细胞生物中的多种胞间信号转导系统参与细胞命运分化、形态发生以及协调多重免疫反应等复杂过程。这些生物体中天然存在的大量不同种类的信号系统为细胞间通讯系统的工程化提供了多种可能。
2、本领域已报道了在单细胞群体中借助数种工程化的细胞间通讯系统搭建基因线路，以实现简单的多细胞功能，包括形成空间图案、猎物-捕食者生态系统、同步振荡器、生物计算器、无抗生素病原体控制和诱导自主代谢等。这些体系绝大多数基于已经充分表征的细菌群体感应系统。在该系统中，以s-腺苷甲硫氨酸(sam)和酰基载体蛋白为底物生成的信号分子酰基高丝氨酸内酯(ahl)扩散出膜，并被另一细胞中的别构转录因子所感应[1]。大量研究表明，基于ahl的多通道通讯系统在信号水平和启动子水平上均存在广泛的串扰(crosstalk)，这可能是由于这些系统中各信号分子和/或别构转录因子的结构过于相似导致。已尝试采用多种策略(例如启动子的理性设计[6]或别构转录因子的定向进
3、在本专利技术中，根据全新理念筛选潜在的细胞间通讯系统，并对信号发送和信号接收元件进行理性设计，构建了能够实现跨物种高灵敏多重正交信号通讯的细胞间信号通讯系统。
技术实现思路
1、在第一方面，本专利技术提供了一种细胞间通讯系统，所述细胞间通讯系统由信号发送元件和信号接收元件组成，其中，所述信号发送元件和所述信号接收元件位于不同的细胞；其中，
2、信号分子选自于2,4-二乙酰基间苯三酚(dapg)、对香豆酰基-高丝氨酸内酯(pc)、异戊酰基-高丝氨酸内酯(iv)、水杨酸盐(sal)、次甲霉素呋喃(mmf)以及柚皮素(ng)中的一种或多种；
3、所述信号发送元件为信号分子生物合成基因表达盒；
4、所述信号接收元件包含别构转录因子表达盒以及诱导型启动子；其中，所述别构转录因子与所述信号分子相互作用，所述诱导型启动子包含与所述别构转录因子相互作用的操纵序列；
5、其中，所述dapg生物合成基因为phld、phla、phlb以及phlc的编码序列；所述与dapg相互作用的别构转录因子为phlf；所述phlf的操纵序列为seq id no：34；
6、其中，所述pc生物合成基因为tal、4cl以及rpai的编码序列；所述与pc相互作用的别构转录因子为rpar；所述rpar的操纵序列为seq id no：35；
7、其中，所述iv生物合成基因为支链α-酮酸脱氢酶复合物(branched chainα-ketoacid dehydrogenase complex)bcdh以及bjai的编码序列；所述与iv相互作用的别构转录因子为bjar；所述bjar的操纵序列为seq id no：36；
8、其中，所述sal生物合成基因选自于异分支酸-丙酮酸裂合酶和异分支酸合酶的编码序列、水杨酸合成酶的编码序列或二者的组合；所述与sal相互作用的别构转录因子为nahr；所述nahr的操纵序列为seq id no：37；
9、其中，所述mmf生物合成基因为mmfl、mmfh以及mmfp的编码序列；所述与mmf相互作用的别构转录因子为mmfr；所述mmfr的操纵序列为seq id no：38；
10、其中，所述ng生物合成基因为tal、4cl、查尔酮合酶a和查尔酮异构酶1的编码序列；所述与ng相互作用的别构转录因子为fder；所述fder的操纵序列为seq id no：39。
11、在第二方面，本专利技术提供了一种多细胞基因线路，所述基因线路包含存在于不同细胞的信号发送元件和信号接收元件，从而借助信号分子将各细胞偶联；其中，所述信号分子选自于2,4-二乙酰基间苯三酚(dapg)、对香豆酰基-高丝氨酸内酯(pc)、异戊酰基-高丝氨酸内酯(iv)、水杨酸盐(sal)、次甲霉素呋喃(mmf)以及柚皮素(ng)中的一种或多种；所述信号发送元件为信号分子生物合成基因表达盒；所述信号接收元件包含别构转录因子表达盒以及诱导型启动子；其中，所述别构转录因子与所述信号分子相互作用，所述诱导型启动子包含与所述别构转录因子相互作用的操纵序列。
12、在第三方面，本专利技术提供了第一方面的细胞间通讯系统在人工构建多细胞信号网络、多细胞基因线路和/或多细胞组织中的用途。
13、有益效果
14、合成生物学借助生物模块标准化和概念抽象对细胞进行“编程”，允许人工设计的基因网络执行各种任务。近年来，随着合成生物学的快速发展，逐渐建立了网络结构与功能之间的联系，因此基因线路(circuit)和通路(pathway)的可预测性大大提高，从而对胞内蛋白节点、通路甚至网络的精准和动态控制成为可能。然而，当出于构建更复杂的网络或实现信号的空间分布和控制的目的，将单细胞功能扩展至包含多个细胞的人工组织和系统时，由于目前已知的信号系统的正交性和模块化程度均不完善，能够实现的多细胞功能非常有限。
15、为解决目前多重信号通讯系统中模块种类稀少、模块化程度低、信号间串扰以及跨物种转用性差等问题，本专利技术根据全新的设计理念，以不同物种间通用的胞内代谢物作为前体，选择了一组结构各异的信号分子，并对其核心生物合成基因表达盒进行全新设计，成功构建了跨物种多通道胞间信号通讯系统，其中，作为细胞间通讯媒介的六种信号分子彼此不存在信号水平串扰。相较于目前最为常见的以细菌ahl分子进行信号传输的细胞间通讯系统，本专利技术系统在信号和启动子水平的串扰均较低。在优选的实施方式中，通过定向进化的方式提高了别构转录因子的响应灵敏度，降低了宿主细胞的代谢负担。此外，还通过对核心启动子和操纵子序列组合优化，扩大了诱导曲线的动态范围(即，最大诱导倍数)，提高了系统的信噪比。特别地，本专利技术系统所采用的六种信号通讯模块与本领域已报道的基于群体感应的c4、c8、3oc6和3oc12通讯模块均不存在信号水平的串扰，能够将本专利技术的系统与已知的这些基于群体感应的信号系统组合使用，构建复杂的逻辑门，进而实现逻辑的存储与输出，因此扩展了本领域可用的细胞间通讯模块及工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种细胞间通讯系统，所述细胞间通讯系统由信号发送元件和信号接收元件组成，其中，所述信号发送元件和所述信号接收元件位于不同的细胞；其中，
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述TAL的编码序列为球形红细菌的tal基因；所述4CL、RpaI和RpaR的编码序列分别为池沼红假单胞菌的4cl、rpaI和rpaR基因；
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述细胞间通讯系统还包含3-氧代-己酰基-L-高丝氨酸内酯(3OC6)的信号发送元件和信号接收元件，其中，所述3OC6生物合成基因为LuxI的编码序列；所述与3OC6相互作用的别构转录因子为LuxR；所述LuxR的操纵序列为SEQID NO：41；
4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述信号发送元件和所述信号接收元件各自独立地存在于原核细胞或真核细胞；
5.一种多细胞基因线路，所述基因线路包含存在于不同细胞的信号发送元件和信号接收元件，从而借助信号分子将各细胞偶联；其中，所述信号分子选自于对香豆酰基-高丝氨酸内酯(pC)、异戊酰基-高丝氨酸内酯(IV)、水杨酸盐(Sal)、
6.如权利要求5所述的基因线路，其中，所述TAL的编码序列为球形红细菌的tal基因；所述4CL、RpaI和RpaR的编码序列分别为池沼红假单胞菌的4cl、rpaI和rpaR基因；
7.如权利要求5或6所述的基因线路，其中，所述基因线路还包含3-氧代-己酰基-L-高丝氨酸内酯(3OC6)的信号发送元件和信号接收元件，其中，所述3OC6生物合成基因为LuxI的编码序列；所述与3OC6相互作用的别构转录因子为LuxR；所述LuxR的操纵序列为SEQ IDNO：41；
8.如权利要求-5-7中任一项所述的基因线路，其中，所述基因线路具有1、2、3、4、5、6、7或8个通道；
9.如权利要求5-8中任一项所述的基因线路，其中，所述基因线路的各节点独立地选自于原核细胞或真核细胞；
10.权利要求1-4中任一项所述的细胞间通讯系统或权利要求5-9中任一项所述的基因线路在实施细菌-细菌、细菌-酵母、细菌-哺乳动物细胞、酵母-哺乳动物以及哺乳动物细胞间信号传导方面、在构建人造组织、人造器官或疾病模型方面、以及在智能治疗方面的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种细胞间通讯系统，所述细胞间通讯系统由信号发送元件和信号接收元件组成，其中，所述信号发送元件和所述信号接收元件位于不同的细胞；其中，
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述tal的编码序列为球形红细菌的tal基因；所述4cl、rpai和rpar的编码序列分别为池沼红假单胞菌的4cl、rpai和rpar基因；
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述细胞间通讯系统还包含3-氧代-己酰基-l-高丝氨酸内酯(3oc6)的信号发送元件和信号接收元件，其中，所述3oc6生物合成基因为luxi的编码序列；所述与3oc6相互作用的别构转录因子为luxr；所述luxr的操纵序列为seqid no：41；
4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述信号发送元件和所述信号接收元件各自独立地存在于原核细胞或真核细胞；
5.一种多细胞基因线路，所述基因线路包含存在于不同细胞的信号发送元件和信号接收元件，从而借助信号分子将各细胞偶联；其中，所述信号分子选自于对香豆酰基-高丝氨酸内酯(pc)、异戊酰基-高丝氨酸内酯(iv)、水杨酸盐(sal)、次甲霉素呋喃(mmf)以及...
【专利技术属性】
技术研发人员：娄春波，杜沛，张浩千，赵会伟，陶勇，项延会，钱珑，
申请(专利权)人：中国科学院微生物研究所，
类型：发明
国别省市：
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