人工基因线路的研究进展和未来挑战

人工基因线路的实际应用

计算机芯片是各种电器中不可缺少的核心设备，控制着电器的各种功能，同时带来“智能化”的响应。与之类似，人工基因线路作为各种合成生物学应用的可编程控制组件，往往能够实现一些传统技术难以实现的、“智能化”的控制方式。

在肿瘤治疗领域，CAR-T 技术已经展现出了有目共睹的治疗效果，但也在 T 细胞激活水平调节、靶向特异性、信号通路调控等方面存在提升的空间。针对这些问题，波士顿大学的 Wong 课题组提出了一种新型的 CAR-T 设计方案——“SUPRA CAR”，被诸多科技媒体称为新一代的 CAR-T 疗法，引起了广泛关注。SUPRA CAR 方案通过将 CAR-T 固定式的细胞外 scFV 单链抗体与细胞内 CD3z 信号结构域拆分为由亮氨酸拉链（Leucine-Zipper）这种通用结构连接的两部分，分别实现了对两部分的模块化设计和可编程性，为人工基因线路设计创造了可能。基于该方案设计的人工基因线路能够对多种抗原信号产生逻辑响应，并且调控不同免疫细胞类型的信号通路。通过合适的线路设计，还实现了调节 T 细胞激活反应强度，以减轻治疗的副作用。

此外，在代谢工程领域，人工基因线路也展现出了“智能化”控制的潜力，提供了更好的解决方案。基于细菌群体感应功能设计的人工基因线路能够根据细菌数量对目的基因表达进行动态调节，使对细菌生长有负面影响的基因在细菌达到一定数量之后再表达，规避了传统发酵过程中微生物生长和发酵产物生产的矛盾，实现了对发酵过程“先生长，再生产”的动态调控，同时也避免了使用昂贵的诱导剂。

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