...先進院在《自然·微生物學》雜誌刊文 揭示合成生物個體建構原理

2020-11-26 SZNEWS

原標題：深圳先進院在《自然·微生物學》雜誌刊文 揭示合成生物個體建構原理

見圳客戶端·深圳新聞網2020年5月19日訊（深圳特區報記者 聞坤）小小的細胞蘊藏著無數的生命奧秘，過去100年來，生物學家一直想知道是什麼決定了細胞的大小。在近代，雖然我們知道了大部分控制細菌細胞周期和細胞分裂的分子，但我們仍然不知道細菌細胞的大小是如何確定的。5月18日，中國科學院深圳先進技術研究院、深圳合成生物學創新研究院劉陳立團隊在國際權威學術期刊《自然·微生物學》雜誌發表題為《連結大腸桿菌細胞生長和細胞周期的一般定量關係》的文章，以大腸桿菌為模式生物，修正該研究領域原有法則，發現了決定細菌細胞大小的"個體生長分裂方程"，並提出關於細胞分裂控制機制的新觀點。

文章在國際權威學術期刊《自然·微生物學》雜誌上線。

上世紀50年代，美國科學家發現了細菌生長的兩大法則，半個世紀以來一直統治著微生物生理學領域。劉陳立團隊潛心3年多研究發現，原有法則並不準確。"雖然生長速度越快，細胞越大，但二者之間的關係並不符合兩大法則的預期。"劉陳立說，"按照法則描述，無論細胞生長快慢，一旦達到'起始質量'，就應該開始新一輪的DNA複製，然而，我們卻在實驗中觀察到，細菌細胞沒有遵循假說，不同培養條件下，'起始質量'有高有低。"

為了回答"細菌細胞大小如何決定"這一科學問題。研究團隊通過尋找大量數據背後的量化關係，最終發現了一個全新且適用於不同生長速率條件的"個體生長分裂方程"。

該文章第一作者鄭海博士表示，他們選擇超過30種培養基開展實驗，對細胞的生長狀態進行實時監控，實驗重複次數多的超過9次以上。這是迄今為止有報導的類似研究工作中選用培養基種類最多、覆蓋生長速率範圍最廣的一次。

研究團隊提出一個全新的分子機制假說，認為存在一種"分裂許可物"，它與"細胞生長"和"染色體複製分離"相關。當它積累達到一定閾值時，細胞就會分裂。基於此觀點，研究團隊建立了相應的數學模型，進一步的實驗確實驗證了理論預測。

新方程的提出使得細菌個體大小、生長速率等自然現象具有了一定的可預測性，例如：當得知細菌生長速率和DNA複製周期，便可準確預測出細菌的大小。

以"合成生物學"為研究導向，劉陳立團隊繼去年在《自然》發文揭示細菌群體遷徙公式後，該研究是在定量生物學領域的再度突破。

"研究再次證實了定量的思維方法在生命科學研究中的重要性，我們找到的每一個運行規律，都是試圖找到可用於指導設計、改造、重建生命形式的'迷宮地圖'。"劉陳立表示，此次對細菌個體細胞相關定量規律和法則的基礎科學問題研究，對人類揭示並理解生命體內在原理提供了重要的參考依據，此研究也有助於未來合成生物學領域的理性設計和建構，以滿足細菌治療疾病、抗生素替代、綠色生物製造等多個應用層面的需要。

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