[发明专利]一种光控稳健基因振荡系统

说明书

本发明公开了一种光控稳健基因振荡系统包括光控基因振荡器和调控光源；所述光控基因振荡器包括光控元件与基因振荡元件；所述调控光源包括计算调控部件和光源，计算调控部件根据光控基因振荡器的振荡观测值实时发出调控信号，调节光源的照射强度和照射时间；光控基因振荡器根据调节的光源照射强度和照射时间，调整其振荡行为。本发明引入外源光照调控机制对基因振荡行为进行精确调控，使其更为稳健。本发明有助于加深对基因振荡回路的理解，对生命系统中振荡的调控以及构建稳健的大型合成生物学系统有一定的理论指导意义。实际应用方面，稳健的光控基因振荡系统可以整合到细胞中，使其根据需求周期性地表达某种基因，节约生产成本，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及基因调控技术领域，尤其涉及一种光控稳健基因振荡系统。

背景技术

现在有很多种类型的基因振荡器和光控基因表达系统，但据我们所知，利用光控系统控 制基因振荡器的研究还没有。

由于生物系统内部的复杂性，直接研究生物振荡器是比较困难的，所以近年来，科学家 们常常通过人为设计更加简单的基因回路，构建基因振荡器，来研究生命振荡行为。但如果 只从生物元件本身入手进行改进，可控性比较差，很难做到精确调节。此外，目前人们对这 些元件的定量化理解还不够深入，无法实现灵活调控。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种光控稳健基因振荡系统。本 发明利用光遗传学方法，通过整合光遗传学基因表达控制模块并施加光控来增加基因振荡器 的可控性和稳健性。

本发明以两套光控稳健基因振荡系统为例，进行了演示。首先，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——蓝光光控基因振荡器和红光光控基因振荡 器。同时，还在计算机中编写了能够根据光控基因振荡器的振荡观测值实时调节光源照射强 度和照射时间的计算机程序，以“群体同步基因振荡器模拟程序”(命名为：虚拟振荡器)为 例。两种光控基因振荡器(红光和蓝光)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，利用虚拟振荡器对光控基因振荡器进行实时调控，即， 通过虚拟振荡器使光照强度和时间呈现稳定的振荡，借助稳定振荡的光照调控光控基因振荡 器中相关基因的表达水平，最终使基因振荡器的振荡行为更加稳健和可控。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种光控稳健基因振荡系统，包括光控基因振荡器和调控光源；所述光控基因振荡器是 由光控元件与基因振荡元件在细胞中整合而成；所述调控光源包含计算调控部件和光源，其 中，所述计算调控部件能够基于所述光控基因振荡器的振荡观测值实时发出调控信号，调节 所述光源的照射强度和照射时间；所述光控基因振荡器根据调节的光源照射强度和照射时间， 调整其振荡行为。

进一步地，所述光控元件为光遗传学基因表达控制模块。

进一步地，所述光源是能够引起光遗传学分子响应的特定波长的光源。

进一步地，所述计算调控部件包括具有逻辑运算和逻辑处理功能的计算机程序、智能移 动设备、嵌入式硬件系统、数字电路、数字光路、模拟运算电路或模拟运算光路中的任意一 种或其组合。

进一步地，所述光控基因振荡器包括但不限于蓝光光控基因振荡器和红光光控基因振荡 器，所述蓝光光控基因振荡器受到蓝光的调控，所述红光光控基因振荡器受到红光的调控， 其中蓝光光控基因振荡器的荧光报告蛋白为mTagBFP2，红光光控基因振荡器的荧光报告蛋 白为sfGFP。

进一步地，所述蓝光光控基因振荡器的光控元件是如序列SEQ NO:1所示的质粒。

进一步地，所述蓝光光控基因振荡器的基因振荡元件是如序列SEQ NO:2所示的质粒。

进一步地，所述红光光控基因振荡器的光控元件是如序列SEQ NO:3所示的质粒。