Cell：田晓军团队首次把相分离写进合成基因回路的「底层代码」

合成生物学的终极愿景是把细胞变成可编程「活体芯片」，但电路板会漏水 —— 细菌每 20 分钟分裂一次，人工转录因子被持续稀释，记忆丢失、功能崩溃，发酵罐放大后产量断崖式下跌。传统「加负反馈、塞启动子」的修补策略让回路越来越臃肿，仍挡不住「生长稀释效应」。大自然早已给出启示：细胞通过「相分离」将蛋白/RNA 浓缩成无膜液滴，局部浓度瞬间提升百倍，实现天然抗稀释。能否偷学这一招，为人工基因回路装上「自我保浓」护盾，成为领域亟待突破的核心瓶颈。

亚利桑那州立大学田晓军团队在《Cell》发表研究，首次把相分离写进合成基因回路的「底层代码」。他们给转录因子加装一条仅 90 aa 的内在无序区（IDR），胞内即刻形成直径 ≈200 nm 的可逆液滴，富集于启动子周围，构建「分子缓冲垫」。即使菌体 OD600 狂飙至 3.0，稀释效应被液滴「吞掉」，报告基因表达波动 <5%，记忆维持 >100 代。合作实验更硬核：将同款 IDR 回路嵌入香豆酸合成途径，与 David Nielsen 组联手使产量提升 3.8 倍；郑文伟组的多组分相分离模型预测，该策略可无缝迁移至 CRISPR 开关、RNA 传感器、代谢通路等至少 6 类回路，普适性 MAX。整个平台采用「即插即用」设计，用户只需在现有质粒上追加 IDR 序列，无需额外调控基因，7 天内即可完成回路升级。

研究跳出「加基因、加调控」的传统内卷，用空间换浓度，给人工生命装上「液滴稳压器」。一条 IDR 序列即可让回路在动荡环境中「自带秩序」，意味着从实验室摇瓶到万吨发酵罐，合成生物学将告别「越大越崩」的魔咒；更可拓展至细胞治疗，让 CAR-T、胰岛素工厂在患者体内长期精准工作。相分离不再只是细胞生物学的「热词」，而成为合成生物学的新基建：一条序列、一滴液滴，就能守住生命程序的清晰与永恒。未来，团队计划将 IDR 库开源，结合 AI 设计不同相变阈值的「缓冲模块」，为绿色制造、活体疗法和可编程生物计算机提供即插即用的抗稀释解决方案，真正让细胞芯片在动态世界里「永不断电」。

田晓军, 美国亚利桑那州立大学担任助理教授，博士生导师，美国国家科学基金会青年科学基金奖获得者，美国国立卫生研究院 MIRA 基金奖获得者。2007 年于西北大学获得学士学位, 2012 年于南京大学物理学院获得博士学位，2012 年至 2014 年在美国弗吉尼亚理工大学从事博士后研究工，2014 年至 2017 年在美国匹兹堡大学大学从事博士后研究工作。多年来从事定量系统生物学和合成生物学研究，已在 Nature Chemical Biololgy、Nature Communications, PNAS、Cancer Research、ACS Synthetic Biology、Science Signaling 等国际权威期刊上发表高水平 SCI 论文 30 余篇。

来源：中美生科 

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