システム生物学：遺伝子回路の迅速かつ調整可能な翻訳後連結
Nature 508, 7496 doi: 10.1038/nature13238
合成生物学で期待されることの1つは、生きた細胞内で論理プログラムを実行できる遺伝子回路を作り出すことである。このような「ウエットプログラミング」は、治療や診断から水処理計画に至る、生物工学の広くさまざまな分野に変革をもたらす可能性がある。遺伝子モジュールのライブラリー開発の進行は順調だが、それらをより大きな回路に統合する上での大きな難題は、十分な速度と正確性を持つコミュニケーションをモジュール間に作り出すことである。1つの魅力的な手法は、ロバストな細胞シグナル伝達を容易にする宿主の過程に、人工回路を組み込むことである。このような状況下で、細胞内のプロテアーゼの限られた供給に過負荷をかけると、細菌のタンパク質分解によりストレスに対して正確な応答が惹起されることが、最近の研究で示されている。本研究では、プロテアーゼ競合を用い、複数の空間的時間的スケールにわたって、遺伝子回路の迅速かつ調整可能な連結を行った。我々は、連結の遅延時間が、標準的な転写因子に依存した連結法よりも1桁短い（20～40分と比べて、1分以内）ことを明らかにし、タンパク質とその分解タグの間のリンカーを操作することで調整が可能であることを示す。我々はこの機構をプラットフォームとして、細胞内レベルとコロニーレベルで遺伝子時計を連結し、複数のコロニーの動態を同調させて、両方の時計の変動性を減じた。この連結された時計ネットワークを用いて、独立した個々の環境入力を、単一の時間シリーズの出力に変換し、遺伝子回路の状況において振動数多重化（異なる振動数により共通の経路に伝達される情報）を可能にするやり方を示す。今回の結果は、競合するタンパク質分解といった自然の「待ち行列」プロセスを用いて、遺伝子回路を急速かつ調整可能に連結させる一般的な枠組みを確立するものである。
