2020年12月4
一项新的研究揭示了细菌控制从消费的食物产生的化学物质。的洞察力会导致生物体是更有效地将植物转化为生物燃料。
这项研究,由加州大学河滨分校和西北太平洋国家实验室,科学家们已经发表的《英国皇家学会界面。
在这篇文章中,作者描述的数学建模和计算,人工智能算法和实验表明细胞有失效保护机制防止他们产生太多的代谢中间体。
代谢中间体是夫妇每个反应的化学物质的新陈代谢。这些控制机制的关键酶,加速化学反应参与生物功能像增长和能源生产。
”细胞新陈代谢由一系列的酶。当细胞遇到食物,一种酶破坏它分解成分子,可以使用下一个酶,第二,最终生成能量。”解释研究的合著者,加州大学兼职数学教授和太平洋西北国家实验室计算机科学家威廉·大炮。
的酶不能产生过量的代谢中间体。他们生产的数量是由有多少产品已经出现在细胞。
”这种方式代谢物浓度不要如此之高,以至于细胞内的液体变得厚而粘稠糖浆,这可能导致细胞死亡,”大炮说。
的一个障碍创造生物燃料与石油价格的竞争是将植物原料转化为乙醇的效率低下。通常,大肠杆菌工程分解木质素,艰难的植物细胞壁的一部分,所以它可以发酵成燃料。
研究合著者马克•阿尔伯加州著名数学教授说,这项研究是项目的一部分来理解细菌和真菌的方式一起工作来影响植物的根部种植生物燃料。
“工程细菌对生物燃料的问题之一是,大多数的时间过程会使细菌病了,”大炮说。“我们推动他们过度分泌的蛋白质,它变得不舒服,他们会死。我们在这项研究可以帮助我们学到工程师更聪明的去理解它。”
知道哪些酶需要阻止制造出可以帮助科学家设计的细胞产生更多的他们想要什么和他们没少。
研究采用数学控制理论,学习系统如何控制自己,以及机器学习来预测哪些酶需要控制,防止过度积累代谢产物。
尽管这项研究检查中央新陈代谢,细胞的能量,展望未来,大炮说研究小组想研究细胞的代谢的其他方面,包括次级代谢,蛋白质和DNA是如何制造的,细胞之间的相互作用。
“我在实验室工作,手动做了这种事情,和几个月才了解一个特定的酶调控,”大炮说。“现在,使用这些新的方法,这可以在几天内完成,这是非常令人兴奋的。”
美国能源部,寻求多元化国家的能源来源,资助这个为期三年的研究项目提供210万美元的资助。
这个项目也是一个更广泛的计划的一部分在新成立的加州大学跨学科中心在生物学定量建模。
虽然这个项目关注细菌新陈代谢,学习能力细胞如何调节和控制自己还可以帮助开发新的战略打击疾病。
“我们专注于细菌,但这些生物机制和建模方法同样适用于人类细胞特异表达,也就是当一个人有癌症,”阿尔伯说。“如果我们真的想明白为什么细胞行为的方式,我们必须理解这个规则。”
来源:https://www.ucr.edu/