システム生物学：細胞比率制御のための合成回路

遺伝子工学の近年の進歩により、原核細胞集団と真核細胞集団の両方を人工的に多様化するためのさまざまなツールが提供されている。しかし、単一の創始細胞に由来する集団内において、複数の細胞タイプの比率を精密に制御することは、依然として大きな課題である。今回我々は、集団の比率を正確に制御するよう設計された、一連のリコンビナーゼ媒介性の遺伝的デバイスを紹介する。これにより、異なる機能を複数の細胞タイプに分配できるようになる。我々は、組換え効率に影響を与える重要なパラメーターを系統的に評価し、二値的な分化の結果を信頼性高く予測するデータ駆動型モデルを開発した。これらのデバイスを用いて、並列および直列の回路トポロジーを構築し、ユーザーが定義した多段階細胞運命分岐プログラムを実装した。これらの分岐デバイスにより、単一の創始酵母株から精密発酵コンソーシアムの自律的な分化を促すことが可能になり、色素形成やセルロース分解などの用途に向けて細胞タイプの比率を最適化できた。同様の効果は、哺乳類細胞でも得られた。また我々は、細胞接着分子を通じた自己組織化を調整することにより、遺伝的にコードされた形態を持つ多細胞凝集体も人工的に作製した。今回の研究は、リコンビナーゼに基づく細胞運命分岐機構を包括的に特徴付けるとともに、合成コンソーシアムや多細胞集合体を構築するための手法を提示するものである。

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