水稻科学家的回路帮助细菌快速将信号传递给整个社区

休斯敦-(2019年10月14日)-即使距离是微小的，寻找有效的生物工具也是马拉松而非冲刺。赖斯大学关于工程化细胞群落如何交流的发现是朝着正确方向迈出的漫长步骤。

赖斯的合成生物学家马修·本内特(Matthew Bennett)设计了一套转录回路，将这些转录回路添加到单细胞微生物的基因组中(并由它们表达)，可使它们迅速形成局部相互作用的网络，以刺激集体行动，即使在大型社区。

在《自然化学生物学》上发表的研究表明，工程化的大肠杆菌菌株沿着充满细菌的走廊向下传递信号并协调其作用。这样做的能力可能导致工程微生物能够治疗肠道微生物群中的疾病或与生物电子学交流。

贝内特说：“细胞经常使用化学信号相互交流和传递信息。”“但是，化学信号的作用范围有限。它们离开细胞后，会扩散到细胞所处的任何介质中，而且只能传播这么远。

他说：“在这项研究中，我们研究了以前建立的系统，该系统使用两种不同的菌株以及它们之间的不同类型的交流来研究一旦增加包含这些菌株的菌落的大小，它将如何反应。”

证据不仅出现在来自实验室的视频中，该视频显示了在整个实验过程中微生物在相互发出信号时会相互搏动，而且还出现在韩国高级研究所数学教授频繁合作者Jae Kyoung Kim的数学模型中科学技术学院院士，克雷西米尔·乔西(KrešimirJosi?)，休斯敦大学数学教授，莱斯大学生物科学兼职教授。

修饰微生物以表达激活正反馈回路和负反馈回路的蛋白质。为了表征修改的效果，研究人员将它们分为四组，分别是正反馈，负反馈或正负反馈循环。

然后，他们能够看到激活信号的正循环在促进通信方面是最有效的。“我们发现您需要一个正反馈回路，以便在空间扩展的系统中使基因表达同步，在这种系统中，细胞无法彼此直接通信。”

这并不是说负电路或阻遏器什么也没做。贝内特说：“您需要负反馈来产生和稳定振荡。”“它使系统对环境的干扰更加稳定。”

Bennett说，在先前的实验中，这些细胞在小微流体腔室之间的通讯没有问题。他说：“在那里，信号分子的扩散非常快，并且基本上是全球性的。”“所有的小室都能互相交谈，因为这是一个狭窄的空间。

贝内特说：“在我们的新系统中，事实并非如此。”“细胞只能与附近的邻居交谈，无法与殖民地另一端的人们进行通信。尽管如此，我们发现，放入这两种菌株的电路产生的振荡仍然能够在空间和时间。”

实际上，他们认为从腔室的一端到另一端要花费几个小时的信号几乎立即引起了同步振荡。

他说：“我们发现了一些对此很重要的因素，即反馈回路的类型，这些反馈回路可以在这些大型扩展菌落之间提高同步性。”“这很重要，因为随着合成生物学家朝着工程化更大的多细胞系统发展，我们不仅必须能够控制单个细胞内发生的事情，而且还必须能够协调整个人群在时空上发生的事情。”

研究人员发现，他们必须给自己的细胞一些呼吸空间以有效沟通，因此他们沿着走廊打开了“门”。贝内特说：“我们认为这与菌株的稳定性有关。”“当你有两种不同的类型时，它们会消极地竞争空间，随着它们的成长和分裂而争吵不休。

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