模拟群体感应合作行为的基因回路的效果验证(3)
科学家证实了大多数微生物的部分生命过程如菌体发光、蓝细菌中异形胞分类、芽孢杆菌中芽孢形成、生物膜( Biofilm) 构建、抗生素合成等都受群体感应调节。
1.4基于群体感应的细菌利他合作行为
鼠伤寒杆菌通过毒性因子诱导小鼠肠脏炎症。而type-3分泌系统和鞭毛基因的表达足以消灭栖息地内的微生物群落，促使自身在肠和肝脏上建立种群。type-3分泌系统和鞭毛基因的表达是需要很大的代价。其次type-3分泌系统和鞭毛基因的表达只能发生在入侵宿主细胞时；再者大部分表达type-3分泌系统和鞭毛基因的细胞会被宿主的免疫系统杀死，所以type-3分泌系统的表达是一种自杀行为，他的自杀为自己的近亲提供了群体感应分子，一种公共物质，使得他们同类在宿主上生存提供了优势[5]。先同的情况还出现在金黄色葡萄球菌中，它的群体感应系统是寡肽介导的Agr信号系统调控的生物膜形成及毒性因子的分泌，而生物膜的形成可以使其更好地适应逆境和抗生素的攻击[7]。
这类微生物的社会行为很难按照达尔文适者生存的理论来解释，已经开始把微生物作为对象来研究微生物种群中的社会行为，并期望通过先进的分子生物学和基因技术，来研究隐藏在微生物社会行为背后的基因基础，从而从分子生物学角度来解释社会学行为。
1.5本课题的研究思路与主要内容
合成生物学（synthetic biology）是21世纪初新兴的生物学研究领域，是在阐明并模拟生物合成的基本规律的基础上，人工设计并构建新的、具有特定生理功能的生物系统，从而建立药物、功能材料或能源替代品等的生物制造途径。合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成了系统生物技术的方法基础。
合成生物学优于基因工程之处在于它不是简单的实现单一基因的异源表达，而是通过解析细胞代谢网络，设计多基因回路（gene circuits），实现细胞重构。当前合成生物学的一个前沿方向是构建工程化的细菌种群和群落。
本课题将构建一个功能性质粒，含有这个质粒的宿主细菌将在生长过程同合作，生产一种高丝氨酸信号分子，这种分子累积到一定浓度后将启动某一个基因表达，使细菌能够利用特定的营养物质，为种群开辟了新的生存空间。为此，本课题将构建如下质粒，并对其进行验证：
图1.1目的质粒图谱
目的质粒上的卡那霉素抗性基因可以用来作为质粒转化时阳性转化的一个筛选条件。
由于生物体内代谢机制复杂，所以具体说明哪个代谢步骤是需要很长的研究；另一方面，人为控制代谢调节在现实生活中很难实现。所以本课题利用已知乳糖利用机制，本从长远目标是以这种宿主菌为材料，研究菌群合作过程中利他行为的产生和蔓延规律，探寻合作行为得以保持的遗传学机制。从分子生物学上解释细菌通过群体感应的进化原理。
2. 实验材料与方法
2.1 材料与设备仪器
2.11实验材料
实验所用试剂生产厂家见表2.1
表2.1 实验试剂及生产厂家
实验试剂 生产厂家
NcoI酶及缓冲液 Fermentas
IPTG固体 Fermentas
pUC18质粒 Fermentas
AatⅡ及缓冲液 宝生物工程（大连）有限公司
T4 DNA ligase Thermo Scientific
乳糖 惠兴生化试剂有限公司
葡萄糖 上海源聚生物科技有限公司
MOPS General Biotech Co., Ltd
DNA Marker General Biotech Co., Ltd