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      用于適應(yīng)變化條件的細(xì)菌控制機(jī)制
      
			
      
				2019-05-09 11:02:26
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      地球上生命的基本先決條件是生物體適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件的能力。慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)和加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)的物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)確定，細(xì)菌用于適應(yīng)不同環(huán)境的調(diào)節(jié)機(jī)制是基于全局控制過程，可以在一個(gè)方程中描述。
      

      用于適應(yīng)變化條件的細(xì)菌控制機(jī)制
      

      溫度，光照，營養(yǎng)物質(zhì)的可用性等環(huán)境條件以及許多其他參數(shù)在地球上不斷變化。因此，每個(gè)生物體甚至每個(gè)細(xì)胞都具有適應(yīng)這些變化的無數(shù)機(jī)制。
      

      研究最好的例子之一是大腸桿菌(Escherichia coli)，一種也存在于人類腸道中的細(xì)菌。營養(yǎng)供應(yīng)每小時(shí)不等。為了生存，細(xì)菌必須具備適應(yīng)不斷變化的條件的能力。
      

      1965年，雅克·莫諾(Jacques Monod)獲得諾貝爾獎(jiǎng)，因?yàn)樗C明細(xì)菌通過產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)而適應(yīng)。例如，當(dāng)容易獲得的營養(yǎng)素含有這種乳糖時(shí)，它們合成用于分解乳糖的酶。
      

      然而，盡管有超過半個(gè)世紀(jì)的巨大興趣和大量研究工作，但這種復(fù)雜的監(jiān)管機(jī)制的生化細(xì)節(jié)仍未得到充分解釋和理解。
      

      適應(yīng)動(dòng)力學(xué)
      

      慕尼黑工業(yè)大學(xué)物理系教授Ulrich Gerland和加州大學(xué)圣地亞哥分校的Terence Hwa教授的團(tuán)隊(duì)因此將工作集中在基本的調(diào)節(jié)機(jī)制而不是反應(yīng)鏈的分子細(xì)節(jié)上。他們考慮了這樣一個(gè)問題：細(xì)菌能夠多快地適應(yīng)環(huán)境的變化?
      

      在實(shí)驗(yàn)室中，他們研究細(xì)菌的生長(zhǎng)，首先只給予它們有限的營養(yǎng)供應(yīng)，然后為它們提供足夠的量 - 反之亦然。由于適應(yīng)過程，變化后細(xì)菌生長(zhǎng)速度延遲。
      

      當(dāng)他們首先給他們的細(xì)菌提供一種營養(yǎng)素，而其他人稍后，即使總有充足的供應(yīng)，增長(zhǎng)也會(huì)暫時(shí)減緩。解釋：細(xì)菌首先必須適應(yīng)他們的消化系統(tǒng)。為此，細(xì)菌相應(yīng)地調(diào)整某些酶的濃度 - 合成這些酶需要時(shí)間。
      

      穩(wěn)態(tài)模型
      

      物理學(xué)家開發(fā)了一個(gè)模型來更好地理解適應(yīng)機(jī)制。該模型僅采用自上而下方法中關(guān)于調(diào)節(jié)機(jī)制的生化細(xì)節(jié)的定性信息。它可以計(jì)算單元格中的物料流量，并可以建立代表物料運(yùn)輸?shù)姆匠淌?。通過觀察材料平衡，科學(xué)家成功地將各種調(diào)節(jié)機(jī)制編制成一個(gè)全局微分方程。
      

      “我們的調(diào)節(jié)機(jī)制的穩(wěn)態(tài)模型正確地描述了適應(yīng)營養(yǎng)變化的時(shí)間發(fā)展，以及可用營養(yǎng)素的增加，減少和變化，定量且沒有可調(diào)節(jié)的參數(shù)，”Ulrich Gerland說，總結(jié)了結(jié)果。研究。
      

      “顯然，生長(zhǎng)適應(yīng)的動(dòng)力學(xué)不依賴于個(gè)體生化反應(yīng)的微觀細(xì)節(jié)，而是依賴于蛋白質(zhì)合成資源再分配的全球戰(zhàn)略，”Ulrich Gerland說。因此可以想象，我們的理論模型可能適用于一系列類似的動(dòng)力學(xué)過程。
      
			

			
        
      
			
      
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