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细菌生长受时间限制,不仅仅是浓度。修改了1950年的阿兰图灵理论

时间:2019-09-30 | 来源:辽宁教育网 | 作者:赵永明 | 阅读:4656次 |

心脏或肾脏等器官如何知道何时停止生长?已经提出了许多理论来回答这个问题,其中最根深蒂固的可追溯到1952年,当时臭名昭着的阿兰图灵用数学来展示生物细胞模式是如何形成的,以及它们如何知道何时停止分裂。图灵设想细胞根据它们在某个位置的浓度知道何时停止生长。杜克大学的研究人员设计了一种基因回路来诱导细菌以可预测的环状模式生长。他们的发现表明,细菌可以感知它们的环境,并且工程基因电路可以作为计时机制。与已建立的理论相反,这大宝彩票登录些发现可能对生物技术产生深远的影响。

环形模式在工程菌的微集群中形成。图片来源:杜克大学普拉特工程学院StephenPayne。

研究人员团队由生物医学工程副教授LingchongYou领导。

“你在大自然中看到的每个地方都有模式,他们中的许多都非常漂亮甚至鼓舞人心,“你说。“我们的工作为模式形成的一般原则增加了另一个维度。”

AlanTuring对自然界和分形中的模式形成非常着迷。大宝彩票登录这位科学家是一位特别有天赋的数学家,他对模式非常敏感。值得注意的是,图灵,以及其他宝贵价值的科学贡献(图灵机),是打破纳粹谜法代码,缩短第二次世界大战的人。不幸的是,由于他的性取向,图灵被他的祖国蒙羞,这导致了他令人遗憾的自杀。

尽管如此,图灵的生物模式遗产仍然存在。在20世纪50年代,他想象生物模式是由于某种化学物质的相互作用形成的,他称之为“形态发生素”,通过触发开关或开关来启动和指导模式。使用数学,图灵表明,形态发生素可以在空间中移动,揭示模仿动物皮肤和叶子形状的图案。他的模型成为关于生物模式形成的事实上的领先理论。

生物模式增长的新维度:时间

然而,在使用分子生物学实验室技术之后,你和同事们无法复制预测的生物模式通过图灵的模型。杜克大学的研究人员设计了一种受欢迎的实验室宠物细菌E.Coli,以产生两种分子。一个用作促进菌落生长和复制的“开启”开关,另一个用作“关闭”开关,通过增加“开”分子的浓度来阻止生长。

更好地分析菌落生长和模式的形成,研究人员还设计了细菌产生荧光色。然而,随之而来的模式并不像科学家最初预测的那样。相反,根据“开”信号应该以多快的速度扩散,这些菌落比研究小组预期的要小得多。

为了解开这个谜团,科学家们将高浓度的“开”信号添加到生长室,用信号淹没细菌。细菌在同一时间形成了相同的特殊环形图案,这表明它们对空间中“开”信号浓度的变化没有反应。

唯一可行的解​​释似乎是“on”分子充当了时间线索。为了测试这个想法,我们制定了计时机制的数学模型。该模型预测了细胞如何响应其生长室大小的变化。后来通过实验证实了这一点。 (责任编辑:大宝彩票登录) 本文地址:http://www.olegberg.com/zhengce/guowuyuan/201909/3562.html

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