合成生物学：普遍的な多細胞界面パターン形成を可能にする4ビット接着ロジック

細菌のバイオフィルムからヒトの臓器まで、多細胞系は、異なる細胞集合体の間に界面（または境界）を形成してさまざまな機能を空間的に組織化している。十分に記述的な遺伝的ツールキットの進化がおそらくきっかけとなって、複雑な多細胞の生物やパターン形成が爆発的に増加したと考えられる。合成生物学は、実用的応用に向けて多細胞系を操作することと、自然系について「作って理解する」方法論としての役割を果たすことを目標としている。しかし、人工的な細胞–細胞接着ツールキットや適切なパターン形成アルゴリズムの開発が進んでいないため、多細胞界面パターンを操作する我々の能力は依然として非常に限定的である。今回我々は、遊走細菌を用いた人工的な細胞–細胞アドヘシンロジックを提示し、多細胞界面パターンの精密操作、予測的モデル化、アルゴリズム的プログラム化を確立する。また、遊走接着機構を通した界面生成、界面形状の定量的制御、発生オーガナイザーやモルフォゲン場の接着媒介版を実証する。我々は、タイリングと4色マッピングの概念を用いて、普遍的な目標パターンを形成するアルゴリズムを特定した。この人工4ビット接着ロジックは、人間が読める分子診断、生体表面上での空間的流体制御、プログラム可能な自己成長材料などの実用的応用を進展させる。注目すべきことに、わずか4種のアドヘシンという最小限のセットで、普遍的な平面充填パターンをプログラムするのに十分な4ビット情報が表され、複雑な多細胞系の進化と操作の臨界しきい値が低いことが示唆された。

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