美国加州大学洛杉矶分校与意大利罗马第二大学的研究团队共同研发了一种新型合成基因。这些合成基因的功能与活细胞中基因类似，能够通过一系列级联序列构建细胞内的结构，就像使用模块化单元搭积木那样，实现自组装结构的逐块构建。该成果发表在最新《自然·通讯》期刊上，其意味着利用相同的构建单元，可以构建多种不同的结构，并且这些结构可以轻松拆解并重组为其他形式。
研究团队对一系列合成基因进行编程，以形成或分解简单的合成结构。图片来源：美国加州大学洛杉矶分校/意大利罗马第二大学
这项研究利用分子自组装指令的时间顺序来扩展生物分子材料复杂度，而非单纯增加携带这些指令的分子数量。这揭示了一种可能性，即仅需调整控制组装时间顺序的元素，就能从一组有限的构建块中，“进化”出不同的材料。该方法正是模仿了复杂生物体的发展过程。
研究团队采用了由多条合成DNA链组成的“DNA瓦片”作为构建单元，然后在含有数百万个这类瓦片的溶液中，使它们相互作用形成微米级别的管状结构。这些结构的形成，需要特定的RNA分子作为触发器。此外，不同类型的RNA触发分子，还能促使已形成的结构发生分解。通过对不同合成基因的编程，团队能够精确控制DNA结构的形成与溶解时间。
通过连接这些合成基因，团队构建了一个类似于控制果蝇身体部位形成的合成基因级联系统。这个系统还能够管理这些结构在特定时刻的组成特性。
通过协调这些信号，人们能够赋予相同组件不同的功能，进而创造出从相同组分自发演化的材料。这项研究为合成生物学带来了新的突破，也为医疗和生物领域开辟出新的应用场景。
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