记者今天从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院合成生物学研究所研究员傅雄飞团队近日探究了经典人工合成基因线路“拨动开关”的表观状态对细胞生长速率变化的响应，并揭示了这一现象背后的机制。该成果已于近日发表于国际学术期刊《自然-化学生物学》，有助于更好理解细胞生长速率对细胞命运决定的全局调控，并为合成生物技术应用提供了新的研究思路。
中国科学院院士、分子微生物学家赵国屏评价说，该研究从创新视角研究细胞命运的调控机制，为通过合成生物方法定量控制细胞命运用于医学和工业领域提供了新思路。
在细胞的生长和分化过程中，细胞的分化导致其形态变化、功能特化，这一过程往往伴随细胞生长速率的变化，因此很难将细胞生长速率作为单独的变量，评估它对细胞命运决定过程的影响。而人工合成的“拨动开关”基因线路的状态切换并不影响细胞生长速率，使得该基因线路恰好成为研究相关问题的“利器”。
细胞命运的决策是如何在变动的环境下发生的？科研团队通过扰动细胞生长速率来探究这一问题。通过动态改变培养基成分，研究人员实现了细胞生长速率切换，并实时追踪细胞群体状态。团队利用势能景观图定量研究了不同生长速率下基因表达的噪声对细胞命运决定的影响。
通过细胞生长扰动实验，研究人员观察到了两种不同的细胞命运决定方式：一是确定性机制，基因调控网络的稳态性质变化会引起整个细胞群体发生状态切换；二是通过噪声驱动，细胞群体在临界点附近发生状态跳转，以控制部分群体发生状态切换。
研究团队表示，定量合成生物学通过定量解析与合成重构相结合的研究范式，有望推动生命科学研究从定性、描述性、局部性研究，向定量、理论化和整体化研究变革。
“我们致力于践行这种研究范式，通过量化实验和数学模型增加对生命体系的理解，并应用合成生物学技术解析生命系统机制。
