近期，我校生物工程学院刘龙教授团队综述了基于逻辑门的多层基因回路在动态调控代谢途径中的应用，研究成果“Multilayer genetic circuits for dynamic regulation of metabolic pathways”正式发表于ACS Synthetic Biology （IF=5.11） （https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.1c00073）。
代谢途径的动态调控可以精细地控制代谢流，使目标化合物的合成最大化，在合成生物学和代谢工程领域有着广泛的应用。然而，实现动态调控并非易事，因为代谢途径经常受到细胞内多个调控网络的影响，使用简单的单层控制策略很难获得理想的动态范围。因此，合成生物学家应用逻辑门的概念来构建更复杂的多层遗传回路，这些回路可以处理各种信号并将代谢通量最优地引导至目标分子的合成。
聚焦逻辑门在代谢网络动态调控中的新技术与新方法，该综述详细介绍了基于逻辑门构建多层基因回路的基本流程，包括非天然响应元器件的设计与构建、基因回路的构建、多层基因回路的重新设计与应用，基因回路的精细调控，整个流程遵循“设计-构建-测试-学习”的基本循环构建。首先，总结了动态调节系统的组成，并根据调控类型的不同，将动态调控分为三种类型：响应代谢物的启动子、基于转录因子的传感器和群体感应，明确动态调控的本质是实现细胞生长代谢与产物合成途径之间的最佳平衡；其次，介绍了基因回路在调控代谢途径中的应用，尤其是利用基因回路调控复杂的细胞调控网络，以实现在基因和蛋白质水平上动态控制生理过程；随后，论述了由逻辑门控制的多信号输入基因回路在调控代谢网络中的应用，并阐述了应用逻辑门调控代谢网络的关键问题，包括生物元器件的特异性、输入信号的响应强度、调控范围以及基因回路正交性等；最后，本文还以萜类物质为例展望了多层基因回路调控合成天然产物的未来发展方向，如使用人工智能通过蛋白设计开发基因回路中调控组件，建立标准化的基因回路促使其在不同物种中有效发挥功能等。
刘龙教授和吕雪芹副研究员为通讯作者，生物工程学院2021级博士后崔世修为论文第一作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划（2020YFA0908300、2018YFA0900300）、国家自然科学基金（32070085、31871784、31870085、32021005）、中央高校基本科研专项资金(JUSRP52019A)和山东省重点研发计划（重大科技创新项目，2019JZZY011002）的资助。
图1不同类型的动态调控系统。
图2基于生物传感器的遗传逻辑门
