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細菌通過消耗「食物」來產生化學物質，一項新的研究對細菌如何控制這一過程進行研究，研究成果可用於加強生物體將植物轉化為生物燃料的效率。這項研究由加州大學河濱分校和太平洋西北國家實驗室的科學家共同進行，研究成果發表在《Journal of the Royal Society Interface》上。
在文章中，作者描述了建模過程和實驗情況，實驗結果表明細胞具有故障安全機制，可以防止它們產生過多的代謝中間體。代謝中間體是將新陳代謝中的每個反應相互耦合的化學物質。這些控制機制的關鍵是酶，酶加快了涉及生長和能量生產等生物功能的化學反應。
"細胞的新陳代謝由一堆酶組成。當細胞遇到食物時，一種酶將其分解成一個分子，可以被後面的酶使用，最終產生能量，"研究報告的共同作者、UCR兼職數學教授、太平洋西北國家實驗室計算科學家William Cannon解釋說。
酶不能產生過多的代謝中間物。代謝中間物的量是由該產物在細胞中已經存在的數量來控制的。"這樣代謝物的濃度就不會高到使細胞內的液體變得像糖漿一樣粘稠，過於黏稠會導致細胞死亡，"Cannon說。
目前生物燃料製備的主要問題是將植物材料轉化為乙醇的效率還比較低。通常情況下，大腸桿菌被設計為分解木質素，即植物細胞壁的堅韌部分，因此它可以發酵成燃料。
"生物燃料製備所用的工程細菌存在的最大問題是，製備過程會讓細菌生病，"Cannon說。"因為我們讓它們過度生產蛋白質，導致它們可能會生病。我們在這項研究中學到的東西可以幫助我們更智能地設計它們。"知道哪些酶需要防止過度生產，可以幫助科學家設計出能生產更多它們想要的東西，而少生產它們不想要的東西。
該研究採用了數學控制理論，學習系統如何自我控制，以及用機器學習來預測哪些酶需要被控制，以防止代謝物的過度堆積。
論文標題為《Enzyme activities predicted by metabolite concentrations and solvent capacity in the cell》。