研究大肠杆菌

研究大肠杆菌

据估计，微生物在人体中的数量超过了人类细胞的10比1，并且几种疾病已归因于各种微生物群落内的失衡。肠道微生物组内的失衡与多种代谢和炎性疾病，癌症甚至抑郁症有关。设计可以长期共存的平衡生态系统的能力可能为合成生物学家和新的医疗保健方法带来令人兴奋的新可能性。Hasty小组正在进行的研究可能有助于为有一天改造健康的合成微生物组奠定基础，该微生物组可用于递送活性化合物以治疗各种代谢性疾病或疾病和肿瘤。

研究副校长桑德拉·布朗(Sandra Brown)表示：“将分子生物学和生物工程技术相结合，使发现具有改善世界各地人们健康的潜力。如果他们不合作，这一发现可能永远不会发生。这是另一个证明了加州大学圣地亚哥分校的多学科研究的力量。”

细菌无处不在，不仅在浴室或厨房柜台上，而且在我们体内，包括在微生物群通常繁盛的肿瘤中。这些“小生态”可以把握癌症药物疗法的关键，而更多地了解它们可以帮助开发新的挽救生命的疗法。

当同一系统中存在不同菌株的细菌时会发生什么?它们共存吗?最-强者能生存吗?在用剪刀石头布做的微生物游戏中，加利福尼亚大学圣地亚哥分校生物电路研究所的研究人员发现了一个令人惊讶的答案。他们的发现标题为“在大肠杆菌菌株之间非传递性非对称相互作用中最弱的生存”，发表在《自然通讯》的最-新版中。

研究团队由生物工程和分子生物学教授Jeff Hasty组成;生物工程研究生Michael Liao和Arianna Miano;还有生物工程专业的本科生Chloe Nguyen。他们设计了三株大肠杆菌(Escherichia coli)，以使每种菌株都产生一种毒素，该毒素可以杀死另一株，就像剪刀石头布一样。

当被问及实验如何进行时，哈斯提评论说：“在合成生物学中，复杂的基因回路通常以在混合良好的液体培养物中生长的细菌为特征。但是，许多应用涉及细胞在表面生长的限制。希望了解当相互作用的物种在更接近细菌可能在人体中定居的环境中生长时，小型工程生态系统的行为。”

研究人员将这三个种群混合在一起，让它们在一个盘上生长数周。当他们回来查看时，他们注意到在多个实验中，相同的种群将占据整个表面，但并不是最-强的(毒素最-有效的菌株)。他们对产生这种结果的可能原因感到好奇，因此设计了一个实验来揭示游戏中隐藏的动态。

有两个假设：要么中等的人口(被称为“最-强的敌人”，因为最-强的人会攻击它的压力)将获胜，或者最弱的人口将获胜。他们的实验表明，令人惊讶的是，第二个假设是正确的：最弱的人群始终接管板块。

回到剪刀石头布的比喻，如果我们假设大肠杆菌的“石头”菌株具有最-强的毒素，它将迅速杀死“剪刀”菌株。由于剪刀应变是唯-一能够杀死“纸”应变的应变，所以纸应变现在没有敌人了。在一段时间内可以自由地慢慢吃掉岩石应变，而岩石应变无法防御自己。

为了弄清楚这种现象背后的机理，研究人员还开发了一种数学模型，该数学模型可以通过从各种各样的模式和密度开始，来模拟三个种群之间的战斗。该模型能够显示细菌在具有常见空间模式(例如条纹，孤立的簇和同心圆)的多种情况下的行为。只有当应变最初以同心环的形式分布且中间最-强时，最-强的应变才有可能接管板。