大规模集成和2D人工细胞的集体振荡

科学领域:

• 合成生物学 合成生物学
• 生物工程是生物工程.
• 系统化学 系统化学

背景情况:

• 整合基因编程的人工细胞用于集体行为对于基础研究和生物技术至关重要.
• 以前的系统缺乏规模和复杂性,无法从微观组件中观察出现的宏观模式.

研究的目的:

• 为了设计一个大规模的,2D阵列的相互连接的人工细胞能够集体的时空模式的形成.
• 在合成多细胞系统中研究微观合强度和宏观同步动态之间的关系.

主要方法:

• 在5x5毫米2面积的2D网格 (30x30) 中排列1024个DNA区的3D生物芯片的制造.
• 在被编程的遗传电路所驱动的区间内实施无细胞蛋白质合成反应.
• 创建一个反应-扩散系统,通过通过毛细血管相互连接隔间,以促进产品扩散和合.

主要成果:

• 用合成遗传振荡器编程的人工细胞相互连接的格子中的集体振荡的演示.
• 观察由细胞和毛细血管的微观尺寸影响的宏观同步动态,影响扩散和合.
• 在强度合的振荡器中出现快速,连续的二维波线,导致振荡器相中的大规模相关空间变化.

结论:

• 这项研究为2D基因编程的非平衡合成多细胞系统建立了一个新的平台.
• 化学能量的消耗燃料大规模的时空模式,为工程系统中复杂的生物功能开辟了道路.
• 这项工作推进了在人工多细胞结构中创建复杂,新兴行为的设计原则.