基于LuxI/R群体效应的生物触发器系统构建

论文摘要

触发器在发酵工业、环境监测和食品工业方面有着广泛的应用。基于基因线路和基因重组的合成生物学的出现,为在生物体内设计并构建生物触发器系统提供了有利的基础。本文运用合成生物学的研究手段和方法,在大肠杆菌TOP10菌种中,设计了基于群体效应的生物触发器体系,进行了系统模拟,再进行了实验验证,获得了以下结果:1.首先设计基于LuxI/R的群体效应系统的生物触发器基因线路;进行建模及模拟,结果表明,启动子强度以及相关蛋白的生成与降解速率影响该系统的灵敏性和稳定性;不同的系统参数状态下,系统接受输入信号后都将达到唯一的稳定状态。2.运用分子生物学的手段实现了生物触发器装置的构建,包括luxI蛋白表达元件和AHL感应元件。采用LC‐MS‐MS方法,确定了luxI蛋白表达元件能够产生3OC6HSL信号分子;通过荧光检测的方法,确定了AHL感应元件能够接受AHL信号分子的刺激,并产生绿色荧光蛋白。3.进一步实验研究表明,生物触发器系统能够仅在输入信号IPTG浓度发生变化时,产生响应信号绿色荧光蛋白。并且,该系统对IPTG浓度的响应范围为0.01mM至0.5mM,具有较高的灵敏性;同时,系统在不同细胞浓度下(初始状态至OD0.6),均能对IPTG信号发生响应,具有较高的稳定性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 合成生物学简介
• 1.1.1 合成生物学的来源和意义
• 1.1.2 合成生物学的内容
• 1.1.3 合成生物学的研究现状
• 1.2 群体效应信号传导系统
• 1.2.1 群体效应的主要机制
• 1.2.2 革兰氏阳性菌中的群体效应
• 1.2.3 群体效应信号系统在合成生物学中的应用
• 1.3 生物感应器
• 1.3.1 生物感应器的定义
• 1.3.2 生物传感器在当前的主要应用领域
• 1.3.3 生物感应器的发展趋势
• 1.3.4 触发器简介
• 1.4 本课题的研究意义
• 第二章 生物触发器的设计及数学模型的构建
• 2.1 生物触发器的设计
• 2.1.1 生物触发器的设计内容
• 2.1.2 生物触发器的工作原理
• 2.2 生物触发器模型的构建
• 2.2.1 模型参数的选取
• 2.2.2 模型的动力学方程
• 2.2.3 模型参数的选取
• 2.2.4 动力学模拟
• 2.2.5 系统稳定状态的分析
• 第三章 生物触发器在大肠杆菌中的基因型构建
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 菌种和质粒
• 3.1.2 主要试剂和仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 生物砖的转化及验证
• 3.2.2 生物触发器基因电路的构建
• 3.2.3 luxR 蛋白基因的克隆
• 3.2.4 luxI 蛋白表达元件的构建
• 3.2.5 AHL 感应元件的构建
• 3.2.6 生物触发器的构建
• 小结
• 第四章 生物触发器的功能验证
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 主要仪器
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 luxI 蛋白表达元件的验证
• 4.2.2 AHL 感应元件的验证
• 4.2.3 生物触发器功能验证
• 4.2.4 生物触发器灵敏性的测定
• 4.2.5 生物触发器稳定性的测定
• 4.2.6 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢