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        細菌細胞通過使用化學信號分子相互通信
        
			
        
				2019-06-06 09:31:16
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        細菌細胞通過使用化學信號分子相互通信，它們合成并分泌到周圍環(huán)境中。通過這種方式，可以控制和協(xié)調整個人口的行為。由LMU生物和統(tǒng)計物理學教授Erwin Frey教授領導的生物物理學家現(xiàn)在已經(jīng)在理論上證明了即使只有一部分細胞實際發(fā)出必要的信號，這也是如何實現(xiàn)的。新發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在在線期刊eLife中。
        

        細菌細胞通過使用化學信號分子相互通信
        

        一旦相關信號分子的濃度在環(huán)境中達到某一閾值水平，細菌就可以通過實施特定的行為反應來共同響應，例如生物發(fā)光化合物的產生或生物膜的形成。這種機制被稱為“群體感應”。該術語源自最初認為所有細胞產生信號，使其在環(huán)境中的濃度直接反映出存在的細胞數(shù)量。然而，最近的調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性如何在細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。
        

        Frey和他的同事利用數(shù)學模型分析了生態(tài)因素和種群動態(tài)之間復雜的相互作用，并且能夠證明種群確實能夠以協(xié)調的方式響應化學信息，即使信號分子僅由一部分生成。細胞。“為了實現(xiàn)這一目標，必須滿足兩個先決條件”，克內貝爾說。“首先，人口中的所有細胞必須能夠對環(huán)境中信號的實際水平做出反應 - 換句話說，他們必須能夠感知信號并增加其產量。第二個先決條件是合成信號的分泌會降低生產細胞的適應性。例如，如果信號產生需要能量消耗，就會出現(xiàn)這種情況，
        

        在這些條件下，模型中的非生產細胞總是比生產者生長得更快。由于人口中的所有細菌都能感知到信號，因此非生產者可以通過自己成為生產者來應對其存在。另一方面，已經(jīng)參與信號產生的細菌不會進一步提高其合成速率。“細菌會對自身形成的環(huán)境做出反應。這種生態(tài)反饋使得表型異質性成為可能在遺傳上相同的群體中產生，”弗雷說。“我們的數(shù)學分析表明，一旦建立起來，這種異質性就可以穩(wěn)定地持續(xù)存在并且對擾動很強。”
        

        據(jù)推測，信號分子的這種異質生產可能對整個人群有利，因為它允許信號生產者和非生產者之間的分工，或者因為表型多樣化的創(chuàng)造提供了更大的進化靈活性并使種群能夠適應環(huán)境變化更快。然而，新論文的作者說，了解這些系統(tǒng)中表型異質性的生物學功能將需要專門的實驗研究。
        
			

			
          
        
			
        
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