[发明专利]一种基因环路远程调控系统

说明书

本发明公开了一种远红光基因环路表达控制系统，包括感受远红光光源的光感受器；处理所述光感受器所传递信号的处理器；及应答所述处理器所传递信号的效应器。本发明还公开了一种基因环路远程调控系统，包括所述远红光基因环路表达控制系统；用于发出远程控制指令的控制装置；以及远红光光源装置。本发明还公开所述远红光基因环路表达控制系统以及所述基因环路远程调控系统在治疗糖尿病中的应用。本发明还公开了含所述远红光基因环路表达控制系统的真核表达载体、工程化细胞或工程化细胞移植载体。本发明可以快速调控基因表达，具有超远程控制、智能调控基因表达量、调控表达倍数高、高度时空特异性、强组织穿透力、绝缘性好以及无毒副作用等特点。

技术领域

本发明涉及合成生物学、光遗传学、电子工程等多学科交叉领域，具体涉及一种包括远红光基因环路表达控制系统、包括所述远红光基因环路表达控制系统的基因环路远程调控系统，及其调控方法和应用。

背景技术

合成生物学是以工程学理论为指导,设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体，并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科。合成生物学经过近十年的飞速发展，已经在多个应用领域取得重大进展。尤其是在哺乳动物细胞合成生物学领域，人们设计、构建了多种可控的基因遗传电路用于诊断和治疗代谢疾病、癌症、免疫系统疾病等。

在合成生物学与疾病治疗领域，人工精确调控基因表达的分子开关在疾病治疗中已经成为一种不可或缺的手段。目前世界上已经有很多通过人工调控诱导基因表达的系统，主要可以分为两大类：(1)通过化学物质来诱导调控基因表达系统；(2)通过物理方法来诱导调控基因表达系统。

化学诱导物主要是一些小分子物质，例如四环素诱导调控基因表达系统[Gossen,M.等.,Proc Natl Acad Sci USA,1992,89:5547-5551]、乙醛诱导调控基因表达系统[Weber,W.等.,Nat Biotechnol.,2004Nov；22(11):1440-1444]、苯甲酸和香草酸诱导调控基因表达系统[Xie,M.等.,Nucleic Acids Res.2014 Aug；42(14):]等。这些系统通常以化学物质为诱导物，有的系统经过多年来的优化获得了非常优异的诱导性能。因而在过去的数年间，化学物质来诱导调控基因表达系统广泛应用于时间上对基因的有效表达调控。但是化学物质来诱导调控基因表达系中涉及的小分子诱导剂存在一些潜在的问题，例如毒性、多效性、非特异性以及组织渗透性差等。而且化学物质来诱导调控基因表达系很难做到在时空上精确调控。

物理方法来诱导的调控系统包括：紫外线诱导调控的“囚笼(cage)”技术[Keyes,WM.等.,Trends Biotechnol.2003 Feb；21(2):53-5.]、远红外光控制热激效应诱导调控基因表达系统[Kamei,Y.等.,Nat Methods.2009 Jan；6(1):79-81.]、无线电控制温度感应诱导调控基因表达系统[Stanley,SA.等.,Science.2012 May 4；336(6081):604-8.]等。这些通过物理方法诱导基因表达的系统通常对细胞的毒 性很大，可能会对细胞造成不可逆的伤害甚至使细胞死亡，而且这些系统涉及的一些设备装置较昂贵且操作复杂。