深圳新聞網(wǎng)2025年9月17日訊（深圳特區(qū)報記者 聞坤）9月15日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點實驗室金帆團隊聯(lián)合中國科學(xué)院成都文獻情報中心楊帥團隊在國際期刊《自然物理》發(fā)表最新研究成果，首次破解了細(xì)菌頻率調(diào)制（FM）信號處理的物理密碼。研究發(fā)現(xiàn)，在三基因調(diào)控系統(tǒng)中，頻率調(diào)制可比傳統(tǒng)振幅調(diào)制提升約2個比特的信息熵，從而實現(xiàn)對多基因系統(tǒng)的精確協(xié)調(diào)控制。

這是定量合成生物學(xué)全國重點實驗室繼今年3月揭示細(xì)菌信號“編碼”規(guī)律后，在“解碼”機制研究方面取得的又一重要突破。研究顯著提升了人工生命系統(tǒng)的理性設(shè)計能力，為合成生物學(xué)開辟了全新的設(shè)計維度。

當(dāng)前，合成生物學(xué)面臨一項核心挑戰(zhàn)：如何仿效自然界實現(xiàn)多個基因的精確協(xié)調(diào)控制？現(xiàn)有調(diào)控方法大多基于“振幅調(diào)制”，即調(diào)節(jié)信號強度來操控基因表達。然而，自然界中普遍存在的振蕩現(xiàn)象——從細(xì)胞內(nèi)的鈣離子振蕩到轉(zhuǎn)錄因子的脈沖動態(tài)——表明“頻率調(diào)制”可能是一種更加高效的信息編碼方式。“但細(xì)菌究竟是如何‘解碼’這些頻率信號的，一直是領(lǐng)域內(nèi)未解的難題?！闭撐耐ㄓ嵶髡呓鸱f。

研究團隊采用合成生物學(xué)工程化手段，通過基因編輯技術(shù)在銅綠假單胞菌中重構(gòu)了簡化的細(xì)菌信號分子環(huán)磷酸腺苷（cAMP）信號傳遞通路，并巧妙利用光控合成系統(tǒng)替代內(nèi)源性cAMP合成機制，用組成型啟動子替代天然的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，成功構(gòu)建出可精確控制和定量監(jiān)測的“頻率解碼cAMP電路”（FDCC）。

“這就像是為細(xì)菌安裝了一個可編程的‘信號接收器’?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡邨顜浗忉尩?，“我們可以精確控制輸入什么樣的頻率信號，然后觀察細(xì)菌是如何‘理解’和‘響應(yīng)’這些信號的?！蓖ㄟ^對大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，團隊發(fā)現(xiàn)頻率調(diào)制可極大提升細(xì)菌的信息處理能力?！斑@意味著通過頻率調(diào)制，細(xì)菌的信息處理能力從‘單車道’變成了‘多車道’，能夠精確控制更多基因的表達，最終實現(xiàn)更復(fù)雜、更精細(xì)的生物功能?！苯鸱f。