工程化的遗传系统是生物技术革命的源头。工程有机体可以生产各种可再生产品，包括可生物降解塑料、治疗性蛋白和营养保健品等，具有非常广泛的应用前景。合成生物学家通过将遗传部件组装到工程遗传系统中来实现新功能。由于装载工具有限，集成多个新功能时常常会出现在多个位置重复使用相同或相似DNA序列（包括基因及其控制序列），重复序列会引起生物体自发地破坏DNA，使功能丧失。对重复DNA进行修饰，往往会破坏细胞产生RNA和蛋白质的能力。然而，计算设计出具有所需功能的多种非重复性遗传序列一直被认为是具有很高的计算复杂性。
2020年7月13日Nature Biotechnology报道，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新算法，可以帮助排除基因工程系统因重复序列导致的故障。研究者开发的这种非重复部件计算器，可根据指定的设计约束条件（包括启动子、终止子和核糖体结合位点）快速生成数千个非重复的遗传部件，并具有很好的稳定性。
研究小组设计构建和鉴定了4,350个非重复性细菌启动子和1,722个非重复性酵母启动子。启动子是调控表达基因的遗传部件，这些启动子使许多基因能够以所需的表达水平共表达，并且可以同时表达，而不会无意间引入重复DNA。该方法将特征化的非重复性遗传部件的可用性从数十个增加到数千个。实验结果证明，使用非重复性遗传部件可以大大减少同源重组，从而保证了很高的遗传稳定性。研究者还表示，目前已经具有足够特征的非重复性遗传部件，完全可以用于重建简单生物体的基因组。
吴晓燕 编译自https://news.psu.edu/story/625797/2020/07/21/research/researchers-offer-solution-one-synthetic-biologys-biggest-problems
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-020-0584-2
原文标题：Automated design of thousands of nonrepetitive parts for engineering stable genetic systems
