相互通信的合成细胞群体中基因表达噪声降低

底向上合成生物学的一个重要目标，是构建能够产生协调且稳健集体行为的多细胞合成系统。然而，随着分子复杂性的增加，由此产生的噪声和变异性往往会限制系统的稳健性。尽管通信机制已在合成多细胞系统中得到实现，但通信能否抑制合成细胞群体中无细胞基因表达的变异性，仍有待探索。为此，我们在无细胞条件下将 Lux 和 Las 群体感应基因回路封装于脂质囊泡中，以检验通信对降低细胞群体中无细胞基因表达变异性的影响。结果表明，通信、表达资源限制以及膜表面效应均能够降低基因表达变异性。针对转录和翻译过程的资源受限 Gillespie 模拟显示，在资源受限和资源过剩条件下，由通信介导的耦合均可降低群体水平的表达噪声。综上，本研究提出了降低基因表达变异性、进而提高合成多细胞系统稳健性的简便策略，这对于合成细胞未来的应用具有重要意义。

dora.tang{at}uni-saarland.de

**摘要**

自下而上的合成生物学的一个主要目标，是构建能够协调并稳健地表现集体行为的多细胞合成系统。然而，随着分子复杂性的增加，由此产生的噪声和变异往往会限制系统的稳健性。尽管通信机制已经在合成多细胞系统中得到实现，但通信能否抑制合成细胞群体中无细胞基因表达的变异性，仍有待探索。为此，我们在无细胞条件下将 Lux 和 Las 群体感应基因回路封装于脂质囊泡中，以检验通信对降低细胞群体中无细胞基因表达变异性的影响。结果表明，通信、表达资源限制以及膜表面效应均可降低基因表达变异性。针对转录和翻译过程的资源受限 Gillespie 模拟显示，在资源受限和资源过剩条件下，由通信介导的耦合均可降低群体层面的表达噪声。综上所述，所有。未经许可不得转载或重复使用。

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发布于 2026 年 9 月 25 日。

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**交流中的合成细胞群体可降低基因表达噪声**

Naresh Yadrapalli， David T Gonzales， T-Y Dora Tang

bioRxiv 2026.09.24.754039； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.24.754039

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Naresh Yadrapalli， David T Gonzales， T-Y Dora Tang

bioRxiv 2026.09.24.754039； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.24.754039

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.24.754039v1?rss=1

🏷️ 合成生物学 无细胞基因表达 群体感应 基因表达噪声 脂质囊泡 Gillespie模拟