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      努力工作的細胞保持活力 懶惰的細胞死亡
      
			
      
				2019-01-26 10:39:05
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      圣路易斯華盛頓大學的一個工程師團隊通過利用細胞的工作倫理，發(fā)現(xiàn)了一種改善生物燃料，藥物，材料和其他有用化學品生產(chǎn)的方法。由工程與應用科學學院能源，環(huán)境與化學工程助理教授張福忠領(lǐng)導的研究小組發(fā)現(xiàn)，遺傳上相同的微生物細胞具有不同的職業(yè)道德。該團隊開發(fā)了一種工具，以確保硬工作單元繼續(xù)工作，并消除低性能單元。該研究發(fā)表在3月21日的Nature Chemical Biology上。
      

      努力工作的細胞保持活力 懶惰的細胞死亡
      

      當設(shè)計微生物來生產(chǎn)有用的化學物質(zhì)時，來自同一祖先的細胞經(jīng)常以不同的方式執(zhí)行任務。使用大腸桿菌細菌的工程菌株，張的團隊證明，只有一小部分細胞努力工作以產(chǎn)生所需的化學物質(zhì)，而其他大多數(shù)細胞不滿意，但吃的是用于工作細胞的營養(yǎng)素。他們發(fā)現(xiàn)，不同的工作倫理不是由非預期的基因突變引起的，而是由生物學中的“噪音”引起的，這種“噪音”在本質(zhì)上是固有的，不可能消除。
      

      為了防止懶惰的細胞浪費營養(yǎng)，張的團隊開發(fā)了一種名為PopQC的質(zhì)量控制工具，可以保持勤奮，高效的細胞工作，同時消除低效細胞。該團隊在細胞內(nèi)放置了一個傳感器，可以感知每個細胞正在做多少工作。如果傳感器確定細胞正在制造大量產(chǎn)品，傳感器將觸發(fā)控制器制造允許細胞存活和生長的蛋白質(zhì)。如果傳感器確定細胞不夠努力，它會保持沉默，懶惰的細胞因營養(yǎng)不足或抗生素被淘汰而死亡。
      

      該團隊將PopQC應用于兩種大腸桿菌工程菌株：一種用于生產(chǎn)游離脂肪酸，一種生物燃料或其他大量化學品的前體; 還有一種用于生產(chǎn)酪氨酸的酪氨酸，酪氨酸是一種可以作為藥物前體的氨基酸。張說，PopQC允許硬化細胞在兩種培養(yǎng)物中占主導地位，并導致游離脂肪酸和酪氨酸的整體生產(chǎn)增加三倍。
      

      “PopQC可以應用于各種生物合成途徑和宿主生物，只要存在適當?shù)膫鞲衅鳈z測工程宿主中的產(chǎn)品，”張說。“因為噪聲是生物學中的普遍問題，這項工作的設(shè)計原則應該激勵許多其他領(lǐng)域的工程師提高工程系統(tǒng)的效率。”
      

      張在大學技術(shù)管理辦公室的協(xié)助下，已經(jīng)為設(shè)計原則提交了專利申請。
      

      張的研究興趣集中在應用合成生物學方法來開發(fā)微生物系統(tǒng)，用于可持續(xù)生產(chǎn)具有確定結(jié)構(gòu)和可控性質(zhì)的生物燃料，化學品和材料。他還對開發(fā)工具感興趣，這些工具允許工程微生物合成目標產(chǎn)品并更有效，更穩(wěn)健地執(zhí)行復雜任務。
      
			

			
        
      
			
      
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