9月15日，中国科学院深圳进步前辈技能研究院定量合成生物学天下重点试验室金帆团队结合中国科学院成都文献谍报中央杨帅团队于《天然—物理》发表最新研究结果，初次破解了细菌频率调制旌旗灯号处置惩罚的物理暗码。
研究发明，于三基因调控体系中，频率调制可比传统振幅调制晋升约2个比特的信息熵，从而实现对于多基因体系的切确协调节制。该研究显著晋升了人工生命体系的理性设计能力，为合成生物学斥地了全新的设计维度。
当前，合成生物学面对一项焦点挑战：怎样仿效天然界实现多个基因的切确协调节制？现有调控要领年夜多基在“振幅调制”，即调治旌旗灯号强度来操控基因表达。然而，天然界中遍及存于的振荡征象——从细胞内的钙离子振荡到转录因子的脉激动态——注解“频率调制”多是一种越发高效的信息编码方式。
“就像收音机可以经由过程调频得到比调幅更清楚的旌旗灯号同样，细菌也可能使用频率调制来实现更邃密的基因调控。”论文通信作者金帆暗示，“但细菌毕竟是怎样‘解码’这些频率旌旗灯号的，一直是范畴内未解的难题。”
研究团队采用合成生物学工程化手腕，经由过程基因编纂技能于铜绿假单胞菌中重构了简化的细菌旌旗灯号份子环磷酸腺苷（cAMP）旌旗灯号通报通路，并巧妙使用光控合成体系替换内源性cAMP合成机制，用构成型启动子替换自然的反馈调治体系，乐成构建出可切确节制及定量监测的“频率解码cAMP电路”（FDCC）。
经由过程严酷的时间标准阐发，研究团队发明FDCC体系自然出现三个功效明确的模块：“波形转换器”卖力将周期性光刺激转化为cAMP的锯齿波浓度变化；“阈值滤波器”借助份子间的协同联合，实现对于差别频率旌旗灯号的选择性过滤；“积分器”则将动态频率信息转化为稳态的卵白表达程度。该分层架构的精妙设计，于在每一一模块均于本身的“最好事情频率”区间运行，三者协同运作实现了从频率到振幅的完善转换。
研究团队构建了从微不雅份子反映到宏不雅体系举动的多条理理论框架。数学阐发发明，要害的无量纲参数犹如“频率开关”，节制着体系优先通报高频或者低频旌旗灯号。该理论猜测与试验数据有关性达99.2%，这一精度于繁杂生物体系的研究中尤为可贵。
依托深圳合成生物研究庞大科技举措措施的主动化试验平台，研究团队以精准的定量数据，展现了频率调制的显著上风，于跨越12小时的永劫间试验中，该平台体现出优秀的不变性及重现性，96个平行样本的检测指标颠簸极小，高通量、主动化的试验能力为体系性验证提供了要害保障。
他们发明，频率调制可极年夜晋升细菌的信息处置惩罚能力。“这象征着经由过程频率调制，细菌的信息处置惩罚能力从‘单车道’酿成了‘多车道’，可以或许切确节制更多基因的表达，终极实现更繁杂、更邃密的生物功效。”金帆注释道。“频率调制以更简便的遗传布局，为合成生物学带来了更精准、更繁杂的调控新维度，将显著晋升代谢工程中多通路协调优化与细胞医治中相应性设计的能力。”
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-025-03三木SEO-030-4
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