哺乳动物细胞中，精确调控基因线路对于细胞适应环境、稳态维持和发育分化等生理功能至关重要。关键基因表达过量或不足都可能导致癌症等疾病，而多个细胞命运决定因子的表达剂量也是重塑细胞命运分化和发育的关键因素。但在哺乳动物细胞中，基因表达受到基因顺序、基因组位置等多种复杂因素的影响，使得精确控制基因表达剂量变得非常困难。因此，亟需开发模块化、不受细胞类型影响且可编程的基因表达系统。

近期，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所和北京大学的研究人员开发了一种模块化、独立于宿主的正交型转录系统。该系统由正交型启动子库和单体RNA聚合酶（RNA polymerase，RNAP）组成，通过将RNA加帽酶与单体RNAP融合，可确保原核来源的单体RNAP在哺乳动物细胞中按照“跨域”方式实现基因转录、转录后修饰、出核和翻译等真核系统蛋白质表达的必需步骤。该研究还建立了基于胞内资源竞争和结合能的定量热力学理论模型，可以实现对哺乳动物细胞中多个基因表达剂量的精确设计和预测。相关研究成果发表在《Nature Communications》杂志上，题为“Precise programming of multigene expression stoichiometry in mammalian cells by a modular and programmable transcriptional system”。

综上，该研究通过在哺乳动物构建人工正交转录系统，实现了单个和多个启动子转录活性的精准微调，构建了具有预测能力的多基因表达量的定量热力学模型。该定量模型已应用于甲型流感病毒（H1N1）病毒样颗粒组分与产量的优化设计，同时也为多种蛋白质表达的剂量依赖性控制提供了一个平台，可应用于先进的疫苗工程和其他治疗应用。