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        探索改變微生物細胞的方法以改善各種產(chǎn)品的生產(chǎn)方式
        
			
        
				2019-09-13 09:31:40
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        多年來，科學家們一直在探索改變微生物細胞的方法，以改善各種產(chǎn)品的生產(chǎn)方式 - 包括藥品，燃料，甚至啤酒。通過利用代謝工程的世界，研究人員還開發(fā)了創(chuàng)造“智能”細菌的技術，這些細菌能夠執(zhí)行多種功能，影響藥物輸送，消化甚至水凈化過程。
        

        探索改變微生物細胞的方法以改善各種產(chǎn)品的生產(chǎn)方式
        

        但是，改變細胞內(nèi)發(fā)生的遺傳和調(diào)節(jié)過程帶來了挑戰(zhàn)。
        

        首先，細胞已經(jīng)被編程，以最高效率執(zhí)行正常的日常過程; 工程師為增加細胞產(chǎn)生某種物質(zhì)所做的任何改變反過來會破壞這些過程并使細胞負擔過重。
        

        為了解決這個問題，馬里蘭大學生物工程教授兼大學Robert E. Fischell生物醫(yī)學設備研究所所長William E. Bentley正在與一組研究人員合作，專注于工程微生物聚生體，其中細胞亞群設計為共同努力，實現(xiàn)理想的功能。該策略 - 該領域的其他人也在探索 - 允許工程師設計專門的單元并在一組單元中分配目標工作負載。權衡是驅(qū)動財團執(zhí)行一系列特定任務需要工程師以某種方式調(diào)節(jié)每個細胞亞群的存在量。
        

        盡管面臨這一挑戰(zhàn)，但很少有科學研究專注于開發(fā)可以調(diào)節(jié)聯(lián)盟內(nèi)細胞亞群組成的裝置或系統(tǒng)。大多數(shù)情況下，此類研究要求工程師依靠手動或用戶控制的技術在細胞亞群之間取得平衡。
        

        因此，Bentley和他的團隊意識到更強大的方法是重新設計細胞本身以自主地協(xié)調(diào)其亞群密度。他們的技術在今天發(fā)表的Nature Communications論文中得到了強調(diào)。
        

        與該領域的其他人一樣，Bentley及其生物分子和代謝工程實驗室的成員之前研究了群體感應(QS) - 一種細胞形式的細胞間通信 - 來設計細菌菌株之間和之間的通信電路，以協(xié)調(diào)它們的行為。 。QS涉及小信號分子的合成，稱為自誘導物(AI)，其由個體細菌分泌但用于協(xié)調(diào)它們的反應。一旦AI水平達到閾值 - 表示細胞的“法定數(shù)量” - AI信號在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運，在那里它們激活基因表達并實現(xiàn)協(xié)調(diào)反應。
        

        但是，賓利和他的團隊更進了一步。該小組開發(fā)了第一個已知的平臺，用于基于存在稱為自誘導劑-2(AI-2)的環(huán)境線索，對聚生體組成進行自主和有針對性的調(diào)節(jié)。AI-2被認為是一種通用的QS信號，這意味著它被許多種細菌識別和產(chǎn)生。它廣泛地表明細胞群密度，并且被認為是天然存在的聚生體和微生物組中的重要信號。
        

        為了創(chuàng)建一個自主系統(tǒng)，Bentley和他的團隊在兩種大腸桿菌菌株中對細菌QS系統(tǒng)進行了重新布線，以便在細胞群內(nèi)通信細胞亞群的生長速度由細胞間的信號決定。他們的系統(tǒng)像反饋循環(huán)一樣工作。第一個菌株檢測到AI-2，并且作為響應，產(chǎn)生autoinducer-1(AI-1)的輸出。被認為是“控制”菌株的第二種大腸桿菌菌株被設計成實現(xiàn)由第一菌株產(chǎn)生的AI-1調(diào)節(jié)的聚生細胞的信號驅(qū)動的可調(diào)節(jié)生長速率。通過這種方式，團隊的系統(tǒng)采用了自己的AI-1和AI-2之間的檢查和平衡過程，這反過來又調(diào)節(jié)了合成財團的構成。
        
			

			
          
        
			
        
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