Synthetic biological circuit
ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದ ಅನ್ವಯವಾಗಿದ್ದು, ಅಲ್ಲಿ ಜೀವಕೋಶದೊಳಗಿನ ಜೈವಿಕ ಭಾಗಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ ತಾರ್ಕಿಕ ಕಾರ್ಯಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸರಳವಾಗಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುವುದರಿಂದ ಹಿಡಿದು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗೆ ಜಿ. ಎಫ್. ಪಿ. ಯಂತಹ ಅಳೆಯಬಹುದಾದ ಅಂಶವನ್ನು ಸೇರಿಸುವವರೆಗೆ, ಅನೇಕ ಭಾಗಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ಹೊಸ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ಅನುಷ್ಠಾನಗೊಳಿಸುವವರೆಗೆ ಅನ್ವಯಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದ ಗುರಿಯು ಯಾವುದೇ ಅಪೇಕ್ಷಣೀಯ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಕಾರ್ಯಗತಗೊಳಿಸಬಹುದಾದ ಟ್ಯೂನ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಮತ್ತು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಭಾಗಗಳು ಅಥವಾ ಮಾಡ್ಯೂಲ್ಗಳ ಒಂದು ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು. ಈ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಕಾರ್ಯಗಳನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸಲು, ಪರಿಸರ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಗೆ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸಲು ಅಥವಾ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯ ಮೇಲೆ ಪ್ರಭಾವ ಬೀರಲು ಒಂದು ವಿಧಾನವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ತರ್ಕಬದ್ಧ, ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದಾದ ತರ್ಕ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಅನುಷ್ಠಾನಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಸಂಶೋಧಕರು ವ್ಯಾಪಕ ಶ್ರೇಣಿಯ ಉಪಯುಕ್ತ ಕಾರ್ಯಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಜೀವಂತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಮಾಡಿದ "ಜೈವಿಕ ಯಂತ್ರಗಳಾಗಿ" ಬಳಸಬಹುದು. ವಿವರವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದ ಮೊದಲ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಜೀನ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಲ್ಯಾಕ್ ಒಪೆರಾನ್ ಆಗಿತ್ತು. ಎರಡು-ಸಕ್ಕರೆ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಇ. ಕೋಲಿಯ ಡಯಾಕ್ಸಿಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ, ಜಾಕ್ವೆಸ್ ಮೊನೊಡ್ ಮತ್ತು ಫ್ರಾಂಕೋಯಿಸ್ ಜಾಕೋಬ್ ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ ಚಯಾಪಚಯಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೊದಲು E.coli ಹೆಚ್ಚು ಸುಲಭವಾಗಿ ಸಂಸ್ಕರಿಸಿದ ಗ್ಲುಕೋಸ್ ಅನ್ನು ಸೇವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಚಯಾಪಚಯ "ಸ್ವಿಚಿಂಗ್" ಕಾರ್ಯವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವು ಲ್ಯಾಕ್ ಆಪೆರಾನ್ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ಭಾಗಗಳ ನಿಯಂತ್ರಣ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಅವರು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಜೀವಕೋಶದಲ್ಲಿ ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ ಇದ್ದಾಗ, ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ ಅನ್ನು ಗ್ಲುಕೋಸ್ ಅಥವಾ ಗ್ಯಾಲಕ್ಟೋಸ್ ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಕಿಣ್ವ β-ಗ್ಯಾಲಕ್ಟೋಸಿಡೇಸ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಜೀವಕೋಶದಲ್ಲಿ ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ ಇಲ್ಲದಿದ್ದಾಗ, ಲ್ಯಾಕ್ ರೆಪ್ರೆಸರ್ ಜೀವಕೋಶದೊಳಗಿನ ಯಾವುದೇ ಅಸಮರ್ಥ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ತಡೆಯಲು β-ಗ್ಯಾಲಕ್ಟೋಸಿಡೇಸ್ ಕಿಣ್ವದ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತದೆ. ಲ್ಯಾಕ್ ಒಪೆರಾನ್ ಅನ್ನು ಜೈವಿಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಚಿಕಿತ್ಸಕ ಬಳಕೆಗಾಗಿ ರಿಕಾಂಬಿನೆಂಟ್ ಪ್ರೋಟೀನ್ಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಕ್ಸೋಜೆನಸ್ ಪ್ರೋಟೀನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಜೀನ್ ಅಥವಾ ಜೀನ್ಗಳನ್ನು ಲ್ಯಾಕ್ ಪ್ರೊಮೋಟರ್ನ ನಿಯಂತ್ರಣದಲ್ಲಿ ಪ್ಲಾಸ್ಮಿಡ್ನ ಮೇಲೆ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ ಅಥವಾ ಇತರ ಸಕ್ಕರೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರದ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹೊಸ ವಂಶವಾಹಿಗಳನ್ನು ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಜೀವಕೋಶಗಳು ತಮ್ಮ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಹಂತವನ್ನು ತಲುಪಿದ ನಂತರ, ಐಸೊಪ್ರೊಪೈಲ್ β-D-1-ಥಿಯೊಗ್ಯಾಲಾಕ್ಟೊಪೈರಾನೋಸೈಡ್ (IPTG) ಅನ್ನು ಸೇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಲ್ಯಾಕ್ಟೋಸ್ಅನ್ನು ಹೋಲುವ, ಆದರೆ ಇ. ಕೋಲಿ ಅದನ್ನು ಜೀರ್ಣಿಸಿಕೊಳ್ಳದಂತೆ ಜಲವಿಚ್ಛೇದನ ಮಾಡದ ಸಲ್ಫರ್ ಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಐಪಿಟಿಜಿಯನ್ನು ಹೊಸ ಪ್ರೋಟೀನಿನ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಲು ಅಥವಾ "ಪ್ರೇರೇಪಿಸಲು" ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಪ್ರಚೋದಿಸಿದ ನಂತರ, ಜೀವಕೋಶಗಳಿಂದ ಐಪಿಟಿಜಿಯನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವುದು ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸುವುದು ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳ ಎರಡು ಆರಂಭಿಕ ಉದಾಹರಣೆಗಳನ್ನು 2000 ರಲ್ಲಿ ನೇಚರ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಲಾಯಿತು. ಒಂದು, ಬೋಸ್ಟನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತಿದ್ದ ಟಿಮ್ ಗಾರ್ಡ್ನರ್, ಚಾರ್ಲ್ಸ್ ಕ್ಯಾಂಟರ್ ಮತ್ತು ಜಿಮ್ ಕಾಲಿನ್ಸ್ ಅವರು ಇ. ಕೋಲಿಯಲ್ಲಿ "ಬಿಸ್ಟಬಲ್" ಸ್ವಿಚ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು. ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಕಲ್ಚರ್ ಅನ್ನು ಬಿಸಿ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಸ್ವಿಚ್ ಅನ್ನು ಆನ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಐಪಿಟಿಜಿಯನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಆಫ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅವರು ತಮ್ಮ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ವರದಿಗಾರರಾಗಿ ಜಿ. ಎಫ್. ಪಿ. ಯನ್ನು ಬಳಸಿದರು. ಎರಡನೆಯದು, ಮೈಕೆಲ್ ಎಲೋವಿಟ್ಜ್ ಮತ್ತು ಸ್ಟಾನಿಸ್ಲಾಸ್ ಲೀಬ್ಲರ್ ಅವರು, ಇ. ಕೋಲಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟೀನ್ ಮಟ್ಟಗಳ ಸ್ವಯಂ-ನಿರಂತರ ಆಂದೋಲನಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ರಿಪ್ರೆಸಿಲೇಟರ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ನಕಾರಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಲೂಪ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಮೂರು ದಮನಕಾರಿ ವಂಶವಾಹಿಗಳನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತೋರಿಸಿದರು. ಪ್ರಸ್ತುತ, ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಪ್ರತಿ ವರ್ಷ ಪ್ರಕಟವಾಗುವ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಕಟಣೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ ಕ್ಷೇತ್ರವಾಗಿದೆ. ಶಿಕ್ಷಣ ಮತ್ತು ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುವಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಆಸಕ್ತಿಯಿದೆಃ ಪದವಿಪೂರ್ವ ಮತ್ತು ಪ್ರೌಢಶಾಲಾ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳಿಗೆ ತಮ್ಮದೇ ಆದ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುವ ಸಾಧನವಾಗಿ ಜೈವಿಕ ಇಟ್ಟಿಗೆ ಭಾಗಗಳ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಮಾಣೀಕರಣವನ್ನು ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ತಳೀಯವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ ಯಂತ್ರಗಳ ಸ್ಪರ್ಧೆಯು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಆಸಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಗುರಿಗಳು ಚಯಾಪಚಯ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳ ಬಳಕೆಗೆ ತಕ್ಷಣದ ಮತ್ತು ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ. ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದವುಗಳಲ್ಲಿ ಔಷಧೀಯ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಇಂಧನ ಉತ್ಪಾದನೆ ಸೇರಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ನೇರ ಆನುವಂಶಿಕ ಪರಿಚಯವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ವಿಧಾನಗಳು ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳ ಮೂಲ ತತ್ವಗಳನ್ನು ಆಹ್ವಾನಿಸದೆ ಅಂತರ್ಗತವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಈ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಯಶಸ್ವಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಎಲ್ಲಾ-ಅಥವಾ-ಏನೂ ಪ್ರಚೋದನೆ ಅಥವಾ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲು ಒಂದು ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಇದು ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಆಗಿದ್ದು, ಅಲ್ಲಿ ಉತ್ಪನ್ನದ ಸೃಷ್ಟಿಗೆ ಅನುಕೂಲವಾಗುವಂತೆ ಅಥವಾ ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸಲು ಸರಳ ನಿರೋಧಕ ಅಥವಾ ಪ್ರವರ್ತಕವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಜಾಲಗಳು ಮತ್ತು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿಯ ಸೀಮಿತ ತಿಳುವಳಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾದ ನಿಯಂತ್ರಣ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ದೃಢವಾದ ಯೋಜನೆಗಳ ಅನುಷ್ಠಾನಕ್ಕೆ ಅಡ್ಡಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಅದರಲ್ಲಿ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ತಕ್ಷಣದ ಆಸಕ್ತಿಯಿದೆ. ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವಲ್ಲಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಪರಿಸರ ಪ್ರಚೋದಕಗಳಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುವ ಜೀವಕೋಶಗಳಂತಹ ಉತ್ತೇಜಕ ಹೊಸ ಮಾರ್ಪಾಡುಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ವಿಷಕಾರಿ ಪರಿಸರವನ್ನು ಸೂಚಿಸುವ ಮತ್ತು ಗ್ರಹಿಸಿದ ವಿಷವನ್ನು ಕೆಡಿಸಲು ಬಳಸುವ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುವ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಬಹುದು. ಅಂತಹ ಜೀವಕೋಶವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಚೋದನೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುವ ಸಂಕೀರ್ಣ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸುವುದು ಅವಶ್ಯಕವಾಗಿದೆ. ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಚಟುವಟಿಕೆಗಳಿಗೆ ಒಂದು ರೀತಿಯ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ, ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಮಾರ್ಗಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ತಿಳುವಳಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಉತ್ತಮವಾಗಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ಜೆನೆಟಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿಯೊಂದಿಗೆ "ಪ್ಲಗ್ ಮತ್ತು ಪ್ಲೇ" ಕೋಶಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತರ್ಕಿಸಬಹುದು. ಭಾಗಗಳ ಸರಿಯಾದ ಟೂಲ್ಬಾಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಿದರೆ, ಜೀವಕೋಶದ ಉಳಿವಿಗಾಗಿ ಮತ್ತು ಸಂತಾನೋತ್ಪತ್ತಿಗೆ ಅಗತ್ಯವಾದ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಬಹುದು ಎಂದು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ನಂಬಲಾಗಿದೆ. ಈ ಜೀವಕೋಶದಿಂದ, ಕನಿಷ್ಠ ಜೀನೋಮ್ ಕೋಶವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲು, ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಾಗಿ ಸೂಕ್ತವಾದ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿಯೊಂದಿಗೆ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ರಚಿಸಲು ಟೂಲ್ಬಾಕ್ಸ್ನಿಂದ ತುಣುಕುಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಬಹುದು. ಮೂಲಭೂತ ಗ್ರೌಂಡ್ ಅಪ್ ನಿರ್ಮಾಣ ವಿಧಾನ ಮತ್ತು ಮ್ಯಾಪ್ ಮಾಡಲಾದ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ರಿ ತುಣುಕುಗಳ ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ದತ್ತಸಂಚಯದಿಂದಾಗಿ, ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಪ್ರತಿಬಿಂಬಿಸುವ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ದೋಷನಿವಾರಣೆ ಮತ್ತು ಮುನ್ಸೂಚಕ ನಡವಳಿಕೆ ಮತ್ತು ಇಳುವರಿಗಾಗಿ ಕೋಶಗಳು ಮತ್ತು ಮಾದರಿ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಮರುವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಆಸಿಲೇಟರ್ಗಳನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸುವ ಸಸ್ತನಿ ಟ್ಯೂನ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಸಿಂಥೆಟಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಲ್ ಟ್ಯೂನ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಸಿಂಥೆಟಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ ಕಪಲ್ಡ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಲ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ ಜಾಗತಿಕವಾಗಿ ಕಪಲ್ಡ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಲ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ ಎಲೋವಿಟ್ಜ್ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಮತ್ತು ಶಿಲೀಂಧ್ರ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಜೀನ್ ಉತ್ಪನ್ನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯ ಸಮಯ-ಅವಲಂಬಿತ ಆಂದೋಲನವನ್ನು ರಚಿಸಲು ಅನೇಕ ಸ್ವಯಂ-ನಿಯಂತ್ರಕ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಆಂದೋಲನ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲಾಗಿದೆ. ಬಿಸ್ಟಬಲ್ ಸ್ವಿಚ್ಗಳು ಟಾಗಲ್-ಸ್ವಿಚ್ ಗಾರ್ಡ್ನರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಎರಡು ನಿಯಂತ್ರಣ ಘಟಕಗಳ ನಡುವೆ ಪರಸ್ಪರ ದಮನವನ್ನು ಬಳಸಿ, ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸಬಹುದಾದ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವಿರುವ ಟಾಗಲ್ ಸ್ವಿಚ್ನ ಅನುಷ್ಠಾನವನ್ನು ರಚಿಸಲಾಗಿದೆಃ ಅಸ್ಥಿರ ಪ್ರಚೋದನೆಗಳು ನಿರಂತರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತವೆ. ತಾರ್ಕಿಕ ನಿರ್ವಾಹಕರು ಅನಲಾಗ್ ಟ್ಯೂನರ್ಗಳು ಋಣಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಪ್ರವರ್ತಕರನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು, ಲೀನಿಯರೈಸರ್ ಜೀನ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಬಾಹ್ಯಕೋಶೀಯ ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರಚೋದಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಮೇಲೆ ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುವ ಏಕರೂಪದ ಜೀನ್ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿಧಿಸಬಹುದು. ಜೀನ್ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯ ನಿಯಂತ್ರಕಗಳು ವೈವಿಧ್ಯತೆ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೀನ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಜೀನ್ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು ವೈವಿಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಜೀನ್ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯ ಸರಾಸರಿಗಿಂತ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು. ಇತರ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ವಿವಿಧ ನಿಯಂತ್ರಣ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯ ಅನುಷ್ಠಾನದ ಫಲಿತಾಂಶವಾಗಿದೆ. ನಾಡಿ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಜೀನ್ ಕ್ಯಾಸ್ಕೇಡ್ನಿಂದ ಸೀಮಿತ ಎಣಿಕೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವನ್ನು ಜಾರಿಗೆ ತರಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ತರ್ಕ ಅಂಶಗಳ ಅನ್ವಯವು ಟ್ಯಾಬರ್ ಮತ್ತು ಇತರರ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಜೀವಕೋಶಗಳ ಆನುವಂಶಿಕ "ಪ್ರೋಗ್ರಾಮಿಂಗ್" ಅನ್ನು ಶಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಫೋಟೋಸೆನ್ಸಿಟಿವ್ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಅಂಚನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವ ಕಾರ್ಯಕ್ರಮವನ್ನು ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸುತ್ತದೆ. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ವಿನ್ಯಾಸ ಕೃತಕ ಜೀನ್ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿನ ಇತ್ತೀಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಳು ಮತ್ತು ಉದ್ಯಮದೊಳಗಿನ ಸ್ಪರ್ಧೆಯಲ್ಲಿನ ಅನುಗುಣವಾದ ಹೆಚ್ಚಳವು ಜೀನ್ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಬೆಲೆ ಮತ್ತು ಕಾಯುವ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಕುಸಿತಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡಿದೆ. ಈ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ತಿಳಿದಿರುವ ಬಹು ಜೀನ್ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಗಳ ಅಸಮರ್ಪಕ ಸಂಘಟನೆಯಿಂದಾಗಿ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ವಿನ್ಯಾಸವು ನಿಧಾನಗತಿಯಲ್ಲಿ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತಿದೆ. ಜೈವಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯವಾಗುವ ಚಿತ್ರಗಳು, ಪಠ್ಯ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಗ್ರಾಮಿಂಗ್ ಭಾಷೆಯ ಮೂಲಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳ ಮಲ್ಟಿಮೀಡಿಯಾ ಪ್ರಾತಿನಿಧ್ಯಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸಲು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್-ಏಡೆಡ್ ಡಿಸೈನ್ (ಸಿಎಡಿ) ಸಾಫ್ಟ್ವೇರ್ ಅನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲಾಗುತ್ತಿದೆ. ಕೆಲವು ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಸಿದ್ಧವಾದ ಸಿಎಡಿ ಕಾರ್ಯಕ್ರಮಗಳಲ್ಲಿ ಜೆನೊಕ್ಯಾಡ್, ಕ್ಲೋಥೋ ಫ್ರೇಮ್ವರ್ಕ್ ಮತ್ತು ಜೆ5 ಸೇರಿವೆ. ಜೆನೊಕ್ಯಾಡ್ ವ್ಯಾಕರಣಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಅವು ತೆರೆದ ಮೂಲ ಅಥವಾ ಬಳಕೆದಾರರಿಂದ ರಚಿಸಲಾದ "ನಿಯಮಗಳು" ಆಗಿದ್ದು, ಅವು ಲಭ್ಯವಿರುವ ವಂಶವಾಹಿಗಳು ಮತ್ತು ಅಬೀಜ ಸಂತಾನೋತ್ಪತ್ತಿ ಜೀವಿಗಳಿಗೆ ತಿಳಿದಿರುವ ವಂಶವಾಹಿ ಸಂವಹನಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ. ಕ್ಲೋಥೋ ಚೌಕಟ್ಟು ಬಯೋಬ್ರಿಕ್ ಪ್ರಮಾಣಿತ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಜೀನ್ ನಿಯಂತ್ರಣಃ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ವಿಭಾಗಕ್ಕೆ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೆನೆಟಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ಗಳು ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರ