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      細(xì)菌細(xì)胞通過(guò)使用化學(xué)信號(hào)分子相互通信
      
			
      
				2019-06-06 09:31:16
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      細(xì)菌細(xì)胞通過(guò)使用化學(xué)信號(hào)分子相互通信，它們合成并分泌到周圍環(huán)境中。通過(guò)這種方式，可以控制和協(xié)調(diào)整個(gè)人口的行為。由LMU生物和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)教授Erwin Frey教授領(lǐng)導(dǎo)的生物物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)在理論上證明了即使只有一部分細(xì)胞實(shí)際發(fā)出必要的信號(hào)，這也是如何實(shí)現(xiàn)的。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在在線期刊eLife中。
      

      細(xì)菌細(xì)胞通過(guò)使用化學(xué)信號(hào)分子相互通信
      

      一旦相關(guān)信號(hào)分子的濃度在環(huán)境中達(dá)到某一閾值水平，細(xì)菌就可以通過(guò)實(shí)施特定的行為反應(yīng)來(lái)共同響應(yīng)，例如生物發(fā)光化合物的產(chǎn)生或生物膜的形成。這種機(jī)制被稱為“群體感應(yīng)”。該術(shù)語(yǔ)源自最初認(rèn)為所有細(xì)胞產(chǎn)生信號(hào)，使其在環(huán)境中的濃度直接反映出存在的細(xì)胞數(shù)量。然而，最近的調(diào)查表明情況并非總是如此 - 即使在遺傳上相同的人群中也是如此。“我們有興趣了解這種表型異質(zhì)性如何在細(xì)胞在遺傳上相同并暴露于相同環(huán)境條件的情況下出現(xiàn)，”新論文的第一作者之一Johannes Knebel說(shuō)。
      

      Frey和他的同事利用數(shù)學(xué)模型分析了生態(tài)因素和種群動(dòng)態(tài)之間復(fù)雜的相互作用，并且能夠證明種群確實(shí)能夠以協(xié)調(diào)的方式響應(yīng)化學(xué)信息，即使信號(hào)分子僅由一部分生成。細(xì)胞。“為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須滿足兩個(gè)先決條件”，克內(nèi)貝爾說(shuō)。“首先，人口中的所有細(xì)胞必須能夠?qū)Νh(huán)境中信號(hào)的實(shí)際水平做出反應(yīng) - 換句話說(shuō)，他們必須能夠感知信號(hào)并增加其產(chǎn)量。第二個(gè)先決條件是合成信號(hào)的分泌會(huì)降低生產(chǎn)細(xì)胞的適應(yīng)性。例如，如果信號(hào)產(chǎn)生需要能量消耗，就會(huì)出現(xiàn)這種情況，
      

      在這些條件下，模型中的非生產(chǎn)細(xì)胞總是比生產(chǎn)者生長(zhǎng)得更快。由于人口中的所有細(xì)菌都能感知到信號(hào)，因此非生產(chǎn)者可以通過(guò)自己成為生產(chǎn)者來(lái)應(yīng)對(duì)其存在。另一方面，已經(jīng)參與信號(hào)產(chǎn)生的細(xì)菌不會(huì)進(jìn)一步提高其合成速率。“細(xì)菌會(huì)對(duì)自身形成的環(huán)境做出反應(yīng)。這種生態(tài)反饋使得表型異質(zhì)性成為可能在遺傳上相同的群體中產(chǎn)生，”弗雷說(shuō)。“我們的數(shù)學(xué)分析表明，一旦建立起來(lái)，這種異質(zhì)性就可以穩(wěn)定地持續(xù)存在并且對(duì)擾動(dòng)很強(qiáng)。”
      

      據(jù)推測(cè)，信號(hào)分子的這種異質(zhì)生產(chǎn)可能對(duì)整個(gè)人群有利，因?yàn)樗试S信號(hào)生產(chǎn)者和非生產(chǎn)者之間的分工，或者因?yàn)楸硇投鄻踊膭?chuàng)造提供了更大的進(jìn)化靈活性并使種群能夠適應(yīng)環(huán)境變化更快。然而，新論文的作者說(shuō)，了解這些系統(tǒng)中表型異質(zhì)性的生物學(xué)功能將需要專門的實(shí)驗(yàn)研究。
      
			

			
        
      
			
      
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