用于适应变化条件的细菌控制机制

地球上生命的基本先决条件是生物体适应不断变化的环境条件的能力。慕尼黑工业大学(TUM)和加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的物理学家现在已经确定，细菌用于适应不同环境的调节机制是基于全局控制过程，可以在一个方程中描述。

温度，光照，营养物质的可用性等环境条件以及许多其他参数在地球上不断变化。因此，每个生物体甚至每个细胞都具有适应这些变化的无数机制。

研究最好的例子之一是大肠杆菌(Escherichia coli)，一种也存在于人类肠道中的细菌。营养供应每小时不等。为了生存，细菌必须具备适应不断变化的条件的能力。

1965年，雅克·莫诺(Jacques Monod)获得诺贝尔奖，因为他证明细菌通过产生不同的蛋白质而适应。例如，当容易获得的营养素含有这种乳糖时，它们合成用于分解乳糖的酶。

然而，尽管有超过半个世纪的巨大兴趣和大量研究工作，但这种复杂的监管机制的生化细节仍未得到充分解释和理解。

适应动力学

慕尼黑工业大学物理系教授Ulrich Gerland和加州大学圣地亚哥分校的Terence Hwa教授的团队因此将工作集中在基本的调节机制而不是反应链的分子细节上。他们考虑了这样一个问题：细菌能够多快地适应环境的变化?

在实验室中，他们研究细菌的生长，首先只给予它们有限的营养供应，然后为它们提供足够的量 - 反之亦然。由于适应过程，变化后细菌生长速度延迟。

当他们首先给他们的细菌提供一种营养素，而其他人稍后，即使总有充足的供应，增长也会暂时减缓。解释：细菌首先必须适应他们的消化系统。为此，细菌相应地调整某些酶的浓度 - 合成这些酶需要时间。

稳态模型

物理学家开发了一个模型来更好地理解适应机制。该模型仅采用自上而下方法中关于调节机制的生化细节的定性信息。它可以计算单元格中的物料流量，并可以建立代表物料运输的方程式。通过观察材料平衡，科学家成功地将各种调节机制编制成一个全局微分方程。

“我们的调节机制的稳态模型正确地描述了适应营养变化的时间发展，以及可用营养素的增加，减少和变化，定量且没有可调节的参数，”Ulrich Gerland说，总结了结果。研究。

“显然，生长适应的动力学不依赖于个体生化反应的微观细节，而是依赖于蛋白质合成资源再分配的全球战略，”Ulrich Gerland说。因此可以想象，我们的理论模型可能适用于一系列类似的动力学过程。

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蛋白质可以控制细胞