切尔西·胡(Chelsea Hu)博士是德克萨斯农工大学阿蒂·麦克费林化学工程系的助理教授，也是责任、气候、公平和奖学金(ACES)教员研究员计划的成员，她正在利用合成生物学帮助科学家控制基因工程网站晚上你懂细胞。她的研究首次使用建模和物理实验来展示分层反馈机制的有效性。胡与加州理工学院的理查德·默里博士合作。
“合成生物学非常有用，”胡说。“它允许科学家通过打开或关闭特定的基因来改造细胞，使细胞以特定的方式活动。问题是，一旦科学家创造出了工程细胞，他们就很难控制它对外界因素的反应。我的研究是利用合成生物学来实现所需的控制机制。”
胡的研究发表在《自然通讯》杂志上。
“控制是工程中最重要的方面，”胡说。“我们可以开发任何东西，但如果我们不能控制它，它对我们就没有用处。我的研究目标是通过应用反馈机制，帮助科学家更好地控制工程细胞。”
工程师经常使用反馈机制来控制系统，从而影响日常生活。没有反馈机制，像现代飞机或汽车这样的东西就不可能存在。
胡说:“考虑反馈机制的最好方法是考虑你的空调。”“如果你把空调调到72度，当温度上升到73度时，空调就会冷却房间，直到温度恢复到72度。当恒温器达到设定温度时，机组将关闭。”
然而，因为不是所有的反馈机制都是平等的，添加它们并不总是能提高性能。这些机制必须适当地结合起来，因为在速度和健壮性之间经常需要权衡。一个快速的反应通常是脆弱的，一个强有力的反应通常需要更多的时间。
在设计一个快速而健壮的系统时，工程师通常会采用两层反馈机制来克服这种权衡。这种优化策略在很大程度上决定了大多数现代技术的健壮性能。类似的分层策略也自然地出现在生物学中。当一个生命体遭遇干扰时，例如环境、物理或化学变化，它会使用分层反馈机制来恢复内稳态。
“我们正在试图确定进化和工程学使用相同的分层反馈设计是否是巧合，”胡说。“我们也在研究生物学中的分层反馈机制是否能以与工程系统相同的方式克服速度和稳健性的权衡。最重要的是，我们正在确定使用分层反馈机制是否是控制合成生物系统的正确途径。”
虽然分层反馈机制在现代技术中被广泛应用，但Hu的工作是第一次在活细胞中设计、建模、花季传媒黄版 分析和设计这种分层结构。在用分层反馈机制创建活细胞后，胡通过干扰来测量细胞的反应。她的研究在计算和实验上都证实，随着时间的推移，分层反馈机制可以提高细胞的性能。
胡的研究是科学家如何更好地控制工程细胞的第一步。未来，当这项研究融入生物医学、农业、工业和环境领域时，可能会对人类产生深远的影响。
“一旦我们能够控制工程细胞，我们就可以用它们来改善人类生活，”胡说。“这些细胞可以用来帮助治疗肠道炎症、促进植物生长或清理化学废物。但合成生物学的控制仍处于起步阶段，在这项技术广泛融入我们的日常生活之前，我们还有很多工作要做。”
更多信息:Chelsea Y. Hu等人，分层反馈控制克服合成生物分子网络中的性能权衡，自然通信(2022)。DOI: 10.1038 / s41467 - 022 - 33058 - 6
由德州农工大学工程学院提供
引用本文:分层反馈机制增加了对工程细胞的控制(2022,12月9日)检索于2022年12月9日从https://phys.org/news/2022-12-layered-feedback-mechanisms-cells.html
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