NAR | tRNA应用：王倩/王志国利用工程化sup-tRNA实现大肠杆菌遗传回路的精准翻译调控

合成生物学旨在通过设计和构建遗传元件、回路及代谢途径，以可预测的方式编程细胞行为，从而创造新型生物系统。随着合成生物学应用的不断扩展，复杂操作的成功执行要求遗传回路组件能够实现基因表达的可靠且精确调控。

这种精确调控通常需要在多个层面操纵细胞内蛋白质丰度，例如转录水平的生物传感器、转录后水平的CRISPRa/i及sRNA，以及翻译后水平的蛋白质降解。然而，作为直接调控蛋白质合成的翻译水平控制，在合成生物学中仍是一个未被充分探索的领域。

这一关键缺口的缺失，限制了遗传回路在动态代谢平衡和高性能生物传感器等应用中的微调能力。因此，开发能够实现精确翻译调控的工具，对于提升合成生物学系统的性能和复杂性具有重要意义。

2026年6月18日，山东大学王倩与杭州师范大学王志国团队合作，在Nucleic Acids Research上发表了题为“Engineered suppressor tRNAs enable precise translational control of genetic circuits in E. coli”的研究论文。该研究开发了一套基于标准氨基酸（cAA）负载的工程化sup-tRNA库，并揭示了读通效率取决于天然tRNA反密码子与琥珀密码子（CUA）相似性的设计规则。

文章索引

【标题】Engineered suppressor tRNAs enable precise translational control of genetic circuits in E. coli

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2026年6月18日

【作者及团队】山东大学王倩和杭州师范大学王志国团队

【IF】13.1

研究结果

一、筛选并鉴定出高效的工程化抑制tRNA（sup-tRNA）

研究者通过突变大肠杆菌中20种天然tRNA的反密码子并结合绿色荧光蛋白报告系统，量化评估了它们的提前终止密码子通读效率。

结果表明仅有一个核苷酸错配的sup-tRNA变体能保持与天然氨基酰tRNA合成酶的良好相互作用，从而表现出极高的通读效率。

二、工程化sup-tRNA提升生物传感器性能

研究者将筛选出的高效sup-tRNA应用于LacI生物传感器中，通过联合调整sup-tRNA拷贝数和终止密码子数量来优化翻译水平的基因表达控制。

该策略在不牺牲最大诱导输出的前提下将背景泄漏降低了77%以上并显著扩大了动态范围，在多种大肠杆菌宿主中均表现出优异的通用性。

三、基于sup-tRNA的动态代谢控制增强目标产物合成

研究者利用依赖于生长期的启动子控制sup-tRNA的动态表达，从而实现了对基因组上丙酮酸激酶基因翻译的精确调控。

这种设计在不影响细胞正常生长速率的情况下成功优化了代谢碳流分配，使N-乙酰神经氨酸的产量大幅提升了66%。

总结

本研究系统性地工程化并表征了大肠杆菌中的sup-tRNA文库，揭示了其通读效率的关键设计原则。基于此，开发的翻译调控工具被成功应用于优化生物传感器和动态调控代谢网络，证明了该系统作为一种精确、通用且高效的合成生物学元件，在解决基因线路泄露和代谢流平衡等挑战方面具有巨大潜力。