导读：
基因的转录过程，受到启动子和操作子两大核心元件的精细调控，是否可以将两者参数化，并通过简洁的
定律预测其功能，从而
实现
遗传线路的可预测设计？
近日，发表在
Natur
e Communications
上的一篇文章
：
"
Insulated transcriptional elements enable precise design of genetic circuits "
，给出了肯定的答案，在解析启动子定量模型上迈出了重要一步。
该文由中科院微生物所的
娄春波
研究员与北京大学
欧阳颀
院士合作发表，中国科学院微生物研究所博士研究生
宗夜晴
和北京大学博士
张浩千
为共同第一作者。
张浩千博士现为
Bluepha
首席技术官，文中的设计理念也被应用到了Bluepha的研发过程中。
在根据生产需求设计和改造微生物时，Bluepha一直践行绝缘化原则，对人工生命系统进行理性设计。
正文内容转载自
生物极客
文章解读：
那么如何才能简洁的进行精确描述一个启动子有多强？能转录出来多少基因？
科学家们使用一个名为“
绝缘化
”这样一个方法，详细的来说，生物之中很多东西之间会有着千丝万缕的联系，比如一个启动子上面很多元件之间的关系，并不是简单的加减乘除这样简单的联系，而是有着非常复杂的关联，然而科学家们想到如果每个元件之间做到绝对的独立，也就是绝缘化这样一个概念通过绝缘化处理消除了基因转录过程的核心元件—启动子（Promoter）和操作子（Operator）之间的功能干涉效应，就可以显著提高了它们的模块化属性和组装过程可预测性。
这一技术最直接的应用就是首次在生物基因层面实现了计算机辅助设计和虚拟优化的全过程。该研究成果可以极大地简化了人工基因调控网路的设计过程，为人工生命系统的理性设计奠定了重要技术基础。
人造生命 Synthia
启动子和操作子是转录调控的核心元件。启动子负责招募RNA聚合酶开启转录过程；操作子则通过招募转录因子控制启动子活性的上调或下调，从而实现基因表达信息流的整合与调控。基因表达调控作用是细胞生长、代谢和分化等重要生命活动的基础，因此设计满足目标功能的启动子-操作子转录调控系统，是构建高性能基因网络的重要基石。
在天然转录调控系统中，启动子与操作子之间存在着复杂的相互作用，难以进行独立的替换和调试。该课题组通过元件的定量化测试，获得了具备模块化潜力的两类启动子，并通过鉴定出最小启动子功能序列区确定了启动子与操作子的序列边界；另一方面，研究者鉴定并去除了操作子由内部组合而产生的自发转录活性，从而进一步实现了启动子和操作子的彼此绝缘化。随后，研究者根据精确定量的实验结果，提出了对上述基因调控元件进行参数化的理论框架（图1）。
图1. 启动子和操作子绝缘化设计流程
以上述绝缘化的53个启动子和36个操作子为基本元件库，研究者测试了所有1908个可能组合中的127个具有“非门”（NOT gate）功能的基因网络，实验结果和理论预测的高度吻合（R2=0.95）显示了使用绝缘化元件的启动子设计具有高度预测性（图2）。为了进一步展示绝缘化设计原则的普适性，研究者设计了复杂的非一致性前馈网络（Incoherent Feed Forward Loop circuit, IFFL），并利用计算机穷举了所有参数化的启动子和操作子元件，挑选性能最优的IFFL网络进行实验测试，结果显示最终获得的基因网络在性能上超出类似网络10倍，同时所有的元件组合结果都可以被理论模型所预测。这些结果充分体现了绝缘化设计原则的实用性与普适性。该研究成果的推广与应用，将有力地推进人工构建生命系统的研究进程，进而满足人们在健康、医疗、环境、食品等领域的高层次需求。
