研究大腸杆菌

研究大腸杆菌

據估計，微生物在人體(ti) 中的數量超過了人類細胞的10比1，並且幾種疾病已歸因於(yu) 各種微生物群落內(nei) 的失衡。腸道微生物組內(nei) 的失衡與(yu) 多種代謝和炎性疾病，癌症甚至抑鬱症有關(guan) 。設計可以長期共存的平衡生態係統的能力可能為(wei) 合成生物學家和新的醫療保健方法帶來令人興(xing) 奮的新可能性。Hasty小組正在進行的研究可能有助於(yu) 為(wei) 有一天改造健康的合成微生物組奠定基礎，該微生物組可用於(yu) 遞送活性化合物以治療各種代謝性疾病或疾病和腫瘤。

研究副校長桑德拉·布朗(Sandra Brown)表示：“將分子生物學和生物工程技術相結合，使發現具有改善世界各地人們(men) 健康的潛力。如果他們(men) 不合作，這一發現可能永遠不會(hui) 發生。這是另一個(ge) 證明了加州大學聖地亞(ya) 哥分校的多學科研究的力量。”

細菌無處不在，不僅(jin) 在浴室或廚房櫃台上，而且在我們(men) 體(ti) 內(nei) ，包括在微生物群通常繁盛的腫瘤中。這些“小生態”可以把握癌症藥物療法的關(guan) 鍵，而更多地了解它們(men) 可以幫助開發新的挽救生命的療法。

當同一係統中存在不同菌株的細菌時會(hui) 發生什麽(me) ?它們(men) 共存嗎?最-強者能生存嗎?在用剪刀石頭布做的微生物遊戲中，加利福尼亞(ya) 大學聖地亞(ya) 哥分校生物電路研究所的研究人員發現了一個(ge) 令人驚訝的答案。他們(men) 的發現標題為(wei) “在大腸杆菌菌株之間非傳(chuan) 遞性非對稱相互作用中最弱的生存”，發表在《自然通訊》的最-新版中。

研究團隊由生物工程和分子生物學教授Jeff Hasty組成;生物工程研究生Michael Liao和Arianna Miano;還有生物工程專(zhuan) 業(ye) 的本科生Chloe Nguyen。他們(men) 設計了三株大腸杆菌(Escherichia coli)，以使每種菌株都產(chan) 生一種毒素，該毒素可以殺死另一株，就像剪刀石頭布一樣。

當被問及實驗如何進行時，哈斯提評論說：“在合成生物學中，複雜的基因回路通常以在混合良好的液體(ti) 培養(yang) 物中生長的細菌為(wei) 特征。但是，許多應用涉及細胞在表麵生長的限製。希望了解當相互作用的物種在更接近細菌可能在人體(ti) 中定居的環境中生長時，小型工程生態係統的行為(wei) 。”

研究人員將這三個(ge) 種群混合在一起，讓它們(men) 在一個(ge) 盤上生長數周。當他們(men) 回來查看時，他們(men) 注意到在多個(ge) 實驗中，相同的種群將占據整個(ge) 表麵，但並不是最-強的(毒素最-有效的菌株)。他們(men) 對產(chan) 生這種結果的可能原因感到好奇，因此設計了一個(ge) 實驗來揭示遊戲中隱藏的動態。

有兩(liang) 個(ge) 假設：要麽(me) 中等的人口(被稱為(wei) “最-強的敵人”，因為(wei) 最-強的人會(hui) 攻擊它的壓力)將獲勝，或者最弱的人口將獲勝。他們(men) 的實驗表明，令人驚訝的是，第二個(ge) 假設是正確的：最弱的人群始終接管板塊。

回到剪刀石頭布的比喻，如果我們(men) 假設大腸杆菌的“石頭”菌株具有最-強的毒素，它將迅速殺死“剪刀”菌株。由於(yu) 剪刀應變是唯-一能夠殺死“紙”應變的應變，所以紙應變現在沒有敵人了。在一段時間內(nei) 可以自由地慢慢吃掉岩石應變，而岩石應變無法防禦自己。

為(wei) 了弄清楚這種現象背後的機理，研究人員還開發了一種數學模型，該數學模型可以通過從(cong) 各種各樣的模式和密度開始，來模擬三個(ge) 種群之間的戰鬥。該模型能夠顯示細菌在具有常見空間模式(例如條紋，孤立的簇和同心圓)的多種情況下的行為(wei) 。隻有當應變最初以同心環的形式分布且中間最-強時，最-強的應變才有可能接管板。