①课题来源与背景: 测序技术，特别是单细胞测序技术的发展，使得我们能够真正从细胞层面出发，理解个体性状的产生以及疾病发生机制的整个过程。因此，近年来世界各国都对通过测序等技术丰富细胞信息数据库投入巨大的人力和物力。比如2017年正式展开的“人类细胞图谱计划”与中国精准医疗计划发起的“人类表型组计划”。其中小分子核糖核酸做为细胞发育与分化的一种重要调控分子，对其信息的采集是研究热点。目前绝大数细胞信息收集技术对同一批细胞的信息采集都是单维度。比如miRNA-seq可得到小分子核糖核酸表达量数据，而CLASH则可得到其活性数据。由于碱基修饰和细胞状态变化等原因，小分子核糖核酸的表达量与活性的关系往往存在动态变化。单维度检测方法使得活性与表达量无法同时测量，降低了多维度信息分析的准确性。此外，测序技术的操作需求也无法满足追踪生物信息在时间维度上的变化。因此，多维度的收集同一批细胞信息进行分析，则能够更精准的刻画细胞的功能及调控过程，将在基础生物学和生物医学领域产生重大的影响。

    ②技术原理及性能指标: 在人体中，信使核糖核酸做为信息传导的中介，有着感应多种生物分子以及表达蛋白质两方面的功能。研究表明，利用信使核糖核酸的天然功能设计构建人工工具，可在不损伤细胞的状态下，通过观测报告蛋白质评价工具对特定生物分子的感应，因此在准确测量生物分子活性方面有优势。小分子核糖核酸的主要活性体现在抑制携带其互补序列的信使核糖核酸的蛋白质表达。这种新型合成生物学工具在细胞学诊断、组织工程、再生医学等临床领域具有广阔应用前景。然而当前人工信使核糖核酸工具的感应元件通过非共价键结合感知特异分子，由于这种结合的可逆性，对蛋白质输出信号的调控常有信噪比低的问题。我们的工作构建了一种新型的人工信使核糖核酸工具设计，其携带的读出控制模块可极大增强信噪比。该团队将RNA适体阵列序列作为控制模块的赋能元件。开关所编码的重组蛋白质具有与适体结合的能力，且在单体状态无生物活性。只有当蛋白质大量表达时，适体阵列上饱和的蛋白质才可形成分子间自组装，从而产生具有生物活性的蛋白质聚合体。这种控制模块给蛋白质输出信号添加了浓度阈值，使得仅有低量背景蛋白质分子产生时无活性信号噪音。

    ③技术的创造性与先进性: 通过对比感应小分子核糖核酸的经典人工mRNA开关与这种新型人工信使核糖核酸工具，证实新型人工信使核糖核酸工具对于小分子核糖核酸的感应灵敏度高，信号噪音低，从而可进行精准的细胞控制。该工作成功的将超分子自组装理论应用于人工信使核糖核酸工具，为合成生物学工具的研发提供了一种跨领域的新策略。

    ④技术的成熟程度，适用范围和安全性: 目前该项工作在多种细胞中得到了很好的验证，已申请国家专利。新型人工信使核糖核酸工具已证实可广泛应用于在不同细胞中测量各种小分子核糖核酸活性。其应用并未观测到任何毒副作用。

    ⑤应用情况及存在的问题: 在推广过程中，我们遇到的问题是这种新型人工信使核糖核酸工具长度较以往信使核糖核酸工具更长，因此在放大过程中存在纯度较低的问题。这种问题可以通过调整纯化步骤得以解决。

    ⑥历年获奖情况: 无.