今天，许多常见的药物开发都是艰苦的调整和优化周期的产物。在每一种药物中，天然和合成的酶和成分精心调制的配方共同作用，催化所需的反应。但在早期的研发过程中，大部分时间都花在确定每种酶的用量上，以确保反应以特定的速度进行。

　　西北大学(Northwestern University)的一项新合作研究可能会加快，甚至完全消除科学家手动调整生物生产反应条件的需要。西北大学的研究人员利用三个实验室的研究生提出的想法，开发了一种技术，使微生物能够通过反馈控制系统生产药物，根据需要降低或提高蛋白质浓度。

　　这项研究的意义是巨大的。随着微生物反馈控制系统可以更广泛地用于生产其他药物和产品的认识，微生物自我调节的能力意味着开发人员可能会获得其他重要类别的治疗方法。目前，由于生产途径在一定程度上可能对细胞有毒，科学家们在设计利用这些途径的微生物方面面临着障碍。但在麦考密克工程学院副教授朱利叶斯·b·勒克斯实验室的工具的帮助下，这个障碍可能很快就会消失。

　　这项研究发表在本月早些时候的《ACS合成生物学》杂志上。

　　在过去的几十年里，合成生物学是一个不断发展的领域，随着CRSPR基因组编辑的普及和利用工程RNA分子开发新冠病毒疫苗，合成生物学进入了公共领域。西北大学的合成生物学中心现在已经是第五个年头了，它容纳了来自不同专业和学校的教授和学生。拉克斯说，该中心的运作方式与他参与过的其他中心不同，因为“它不是自上而下的”;学生们被授权去做很棒的事情。

　　事实上，最近发表的研究是在2016年的一次会议上制定的，来自该中心下属不同实验室的两名研究生碰巧参加了会议。卡梅隆·格拉斯科克(Cameron Glasscock)现在是华盛顿大学(University of Washington)的博士后研究员，当时正在拉克斯实验室攻读博士学位。他记得他有一个想法，他可以使用开关来提高微生物生产重要的药物化合物。当他在会议的一个研讨会上遇到布拉德利·比格斯(Bradley Biggs)时，他是工程学副教授基思·蒂奥(Keith Tyo)实验室的研究生，他们在房间后面密谋了一整天。一天结束的时候，两人有了一个主意。

　　“卡梅伦和我都知道，即使失败了，尝试的代价也不高，”论文作者之一比格斯说。“最终，这个过程很容易，因为我们的实验室在合作方面没有任何障碍。”

　　学生们在幕后与本科生研究人员一起收集初步数据，这些数据最终将有助于形成他们的拨款提案，然后将数据提交给拉克斯。拉克斯很兴奋，他立即联系了蒂奥和麦考密克大学化学和生物工程副教授丹妮尔·图尔曼-埃尔切克，开始合作一个新项目。

　　格拉斯考克说:“这是我在研究生院最具影响力的经历之一，因为几乎所有东西的初稿都是我们写的。”

　　对微调基因表达以提高系统性能的兴趣是合成生物学家长期以来的目标。完善这一机制的应用范围从化学合成到先进的诊断和治疗，但科学家受到这些系统对宿主细胞造成的负担和压力的限制。

　　本文提出了一种新的调控基序，称为可切换反馈启动子(SFP)，它使用反馈响应来控制反应的时间和总体大小。SFPs是实现通路动态控制的有希望的途径，因为它们对应激作出反应并减轻对宿主细胞的损害。

　　紫杉醇是一种化疗药物，需要80年才能从生长的紫杉树中收获。在实验室成功制造出紫杉醇的前体后，该研究继续通过制造amorphadiene来复制其结果，这是一种参与合成抗疟疾药物青蒿素的天然产物。研究人员发现，通过将微生物生产引入途径，他们能够有效地抑制或改善所需化学物质的生产。

　　拉克斯说:“利用微生物的这种能力使产品可持续发展，这是一个巨大的兴趣。”“人们可以大量酿造啤酒。如果你能酿造衣服呢?或燃料?和运动鞋吗?你可以在没有石化产品的情况下可持续地做到这一点。”

　　这就是来自Tyo实验室的支持，他也是这项研究的通讯作者。他对可持续发展的兴趣使团队能够将产品周期的长期目标应用到研究中。他希望随着这项技术的发展，他将能够在更复杂的环境中使用它，将废物从原料转化为化学品。

　　目前，研究人员希望帮助其他公司和团队自己使用这项技术来解决新问题，并帮助他们提出自己的问题。

　　Tyo说:“如果拉克斯的实验室是一把锤子，它拥有解决这个问题的工具和愿望，那么我的实验室和Tullman-Ercek的实验室就是一颗钉子，它表达了我们对利用细胞可持续生产化学品的兴趣。”“现在，有更多的钉子冒出来，我们还不确定如何解决。”