合成生物學近年來蓬勃發展，設計能在生物體內進行邏輯運算的基因迴路是其中一個願景，一旦發展成熟，將會在從醫療到工業等各種生技領域帶來革新。雖然在開發多樣的調控原件和功能模組上有著飛快的進展，設計更複雜、整合多個模組的基因迴路卻障礙重重，主要挑戰是如何快速、精準的溝通不同模組。將人工基因迴路和細胞既有的系統結合被認為是可能的解決辦法。
細胞內的蛋白酶數量有限，過去的研究指出超載細胞的蛋白酶系統可以耦合和蛋白質降解有關的細胞反應。本篇研究即利用此原理，將不同基因迴路中的蛋白質加上會被 ClpXP 蛋白酶辨認並降解的 LAA 胺基酸標籤，透過競爭有限的蛋白酶，耦合基因迴路。只要一種帶有 LAA 的蛋白質數量增加即會導致另一種帶有 LAA 的蛋白質降解變慢一起增加。
這樣的轉錄後耦合系統反應快速，而且可以溝通不同的模組。誘導表現帶有 LAA 標籤的綠色螢光蛋白（GFP-LAA），可以使持續表現的 CFP-LAA 數量迅速上升（約 1 分鐘），遠快於轉錄調控的速率（約 30 分鐘）（見圖 a）；群聚感應震盪器（Quorum-sensing clock）模組可以藉此帶動不會震盪的基因一起震盪（oscillation）（見圖 c 上方）。此外還可以藉由調整胺基酸標籤的 linker 長度控制耦合延遲的時間（圖 c 下方）。
該團隊還耦合兩個頻率、機制不同的生物鐘，讓單一蛋白質濃度變化可以表現為兩個頻率的疊合，創造出多頻編碼（multispectral encoding）裝置。只要觀察一個蛋白質濃度對時間的震盪變化，透過傅立葉轉換就可以解析多個影響生物鐘的變數。再結合群聚感應和會影響蛋白酶活性的雙氧水，這樣的耦合還可以從時間尺度延伸到空間，讓整個菌落同步震盪。同時耦合還讓生物鐘的震盪變得更穩定（robust）。
轉錄後耦合系統展現了反應快速、可調、模組化（modularity）的優點，並且在擴大基因迴路的複雜度同時不減低其穩定度。這種與細胞內生系統整合的設計有潛力成為未來建造更精巧、更穩定基因迴路的方式。
圖片來源：doi:10.1038/nature13238
資料來源：
Prindle, A., Selimkhanov, J., Li, H., Razinkov, I., Tsimring, L. S., & Hasty, J. (2014). Rapid and tunable post-translational coupling of genetic circuits. Nature, 508(7496), 387-391. doi:10.1038/nature13238
