基因君官网
缠绕在靶DNA序列周围的TALE蛋白(绿色)三维示意图。
2016年2月16日/生物谷BIOON/–自从科学家们在上个世纪七十年代首次诱导大肠杆菌表达人胰岛素以来，合成生物学已取得突飞猛进的发展。目前，生物工程师们能够让微生物执行多种复杂的化学任务，如降解植物材料用于制造生物燃料。
在合成生物学中，人们在不同条件下常常使用人工合成因子来开启和关闭基因表达，但是这些人工合成因子只适用于某些基因。
为了解决这个问题，在一项新的研究中，美国威斯康星大学麦迪逊分校化学与生物工程副教授Brian Pfleger及其团队开发出一种新的方法来关闭大肠杆菌中几乎任何一种基因。Pfleger团队对被称作转录激活子样效应因子(transcription activator–like effector, TALE)的蛋白进行改造而构建出寻找和关闭任何一种基因的TALE-TEV系统。TALE来自感染植物的黄单胞菌(Xanthomonas)，这种细菌通常将TALE注入植物细胞从而使得它们更容易被感染。相关研究结果于2016年2月8日在线发表在Nature Chemical Biology期刊上，论文标题为“A transcription activator–like effector (TALE) induction system mediated by proteolysis”。
作为论文共同第一作者的博士生Mark Politz说，“这些病原菌利用高等生物的分子生物学机制来操纵这些高等生物。它有点像是这些病原菌给它们的宿主耍的一个巧妙的小花招。”
在这项研究中，Politz和Pfleger就同样地采用这种巧妙的策略。
天然的TALE结合到植物基因组中的特定部分。这种蛋白像大蟒蛇那样读取这种DNA序列，并让它自己缠绕在这种双螺旋结构特异性区域的周围。一旦TALE发现它的靶序列，它就找招募植物自己的分子机制来激活附近的基因。之前的研究已鉴定出TALE中的哪些部分识别植物DNA中的特异性碱基序列，这就给Pfleger团队提供一种方法对TALE蛋白进行改造以便靶向他们想要的任何序列。此外，他们对TALE进行微调，使得这种蛋白抑制而不是促进基因表达。
这些经过改造的TALE允许研究人员短暂地关闭大肠杆菌中的特异性基因，同时又不极大地影响这种细菌。
科学家们能够通过移除一些细菌基因组中的DNA片段而轻松地剔除基因。但是，大片段序列的缺失经常导致意想不到的后果。
Politz说，“为了进入细胞后不会导致混乱，我只想制造少量的蛋白。我想以一种可诱导的方式来实现这点。我想仅在我想要制造少量蛋白的时候少量地制造。”
TALE一旦缠绕在它们的靶序列周围，它们通常就呆在原位上，不确定性地发挥它们的效应。为了设计出一种真正可诱导的系统，Pfleger团队引入一种失活机制，即将烟草蚀纹病毒(tobacco-etch virus, TEV)蛋白酶识别位点插入到TALE骨架结构中。在大肠杆菌中，所形成的TALE维持对靶基因的转录抑制，但是在诱导TEV蛋白酶表达后会被降解掉，因而会促进之前受到抑制的靶基因表达。
这些研究结果已在大肠杆菌中得到验证。但是研究人员认为可将他们的TALE-TEV系统应用到其他的有机体上。（生物谷 Bioon.com）
本文系生物谷原创编译整理，欢迎转载！点击 获取授权 。更多资讯请下载 生物谷APP。
A transcription activator–like effector (TALE) induction system mediated by proteolysis
Matthew F Copeland, Mark C Politz, Charles B Johnson, Andrew L Markley & Brian F Pfleger
Simple and predictable trans-acting regulatory tools are needed in the fields of synthetic biology and metabolic engineering to build complex genetic circuits and optimize the levels of native and heterologous gene products. Transcription activator−like effectors (TALEs) are bacterial virulence factors that have recently gained traction in biotechnology applications owing to their customizable DNA-binding specificity. In this work we expanded the versatility of these transcription factors to create an inducible TALE system by inserting tobacco-etch virus (TEV) protease recognition sites into the TALE backbone. The resulting engineered TALEs maintain transcriptional repression of their target genes in Escherichia coli, but are degraded after induction of the TEV protease, thereby promoting expression of the previously repressed target gene of interest. This TALE-TEV technology enables both repression and induction of plasmid or chromosomal target genes in a manner analogous to traditional repressor proteins but with the added flexibility of being operator-agnostic.