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研究方向

生命体具有非直观的动态网络。理解这些网络底层的设计逻辑对于了解并且控制细胞行为至关重要。经过数十年生物技术的迭代以及物理学和工程学在生物学中的应用,生物网络的研究逐渐从静态的定性研究走向更精细且更具拓展性的动态的定量研究。我们一方面结合微流控和显微成像的手段记录细胞通路的动态行为并且通建立数学模型的方式在动力学机制层面理解其动态过程;另一方面利用工程学手段从头设计新的细胞回路,以达到控制细胞行为的目的。 两者相辅相成,对于动态网络的系统描述能够帮助我们改造或合成细胞网络,新的细胞网络又能够使我们对网络拓扑结构如何控制细胞行为有更深入的理解。

 

1.运用系统生物学的方法研究细胞网络的动态过程

在细胞复杂的网络结构中往往存在着对细胞行为起决定性作用的小型拓扑结构,比如主导细胞分化的拨动开关结构(toggle switch),主导细胞分裂以及信号振荡的延时正负反馈结构(oscillator)。无论是低等的单细胞还是高等的哺乳动物细胞,这些拓扑结构都是普遍存在的。我们将利用微流控技术研究单细胞在衰老过程中的动态过程机制以及细胞内部信号通路与外界信息交互的动态过程机制。


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2.利用合成生物学设计“智能细胞”

细胞可以看成一个能够自主复制的精密的小机器人,但是经过长期的进化过程,细胞网络所形成的功能基本贡献于应对外界特定的环境变化,缺乏可编程的生物通路。我们将在酵母细胞中开发高效的逻辑门系统,通过编码使细胞在规定时空路径中做出特定的单细胞行为或者社会化行为,并且以此拓展到医疗领域的应用。


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