Cell：细菌菌落图案形成新机制有助解释人看起来像人

　　2016年4月24日讯 研究人员认为基因修饰细菌能够有助解释发育中的动物如何让它的所有部分和器官保持与它所在物种的每个其他成员相同的一般比例。

　　1952年，英国数学家阿兰-图灵（Alan Turing）在数学上证实在大自然中观察到的几乎无数类型的图案---比如，猎豹身上的斑点，或者美洲豹与众不同的毛发---能够通过化学物扩散和简单规则之间的相互作用来加以解释。然而，很多科学家仍然持怀疑态度，而且认为实际情况必定复杂得多。

　　如今，在一项新的研究中，来自美国杜克大学的研究人员发现图案能够形成的另一种方式---通过使用定时的时钟。通过将两种化学信号与一些可变的因素结合在一起，时间信号（timing cue）就出现了。这些时间信号不仅能够控制图案产生，而且也能够确保这些图案在相同物种的不同细菌菌落之间保持大致相同的比例。相关研究结果发表在2016年4月21日那期Cell期刊上，论文标题为“Collective Space-Sensing Coordinates Pattern Scaling in Engineered Bacteria”。

　　在这项研究中，论文通信作者、杜克大学工程学副教授Lingchong You将一种新的基因回路（genetic circuit, 也常译作基因电路，遗传回路，遗传电路）导入一种大肠杆菌菌落中。You对大肠杆菌进行基因改造，让它们能够制造一种被称作T7RNAP（标记上蓝色荧光）的蛋白，在正反馈循环中，该蛋白激活它自己表达。

　　当这种大肠杆菌菌落生长和产生更多的T7RNAP时，它也产生一种化学物，该化学物触发T7溶菌酶（T7 lysozyme，标记上红色荧光）产生，而这会抑制T7RNAP产生。在这两种蛋白分子相互作用的地方，紫色的图案就出现在菌落中。

　　因为菌落外边的大肠杆菌要比菌落内部的那些细菌更加活跃，所以这会导致一种类似于圆心的紫环图案出现。You和他的同事们发现他们能够通过改变生长环境的大小和所供应的营养物的数量来控制这种图案的厚度和它需要多长时间形成这种圆心图案。

　　对这种图案的形成而言，这些可变的因素作为一种时间信号发挥作用。更大的生长环境或者更多的营养物导致这种紫环延迟产生。You猜测类似的定时回路能够在包括动物在内的其他有机体中运转。

　　You说，“在我们的实验中，我们还从中发现一种空间信号（spatial cue）。我们有点是从这种基因回路的定时中免费发现的。这两种可扩散的蛋白分子并不告诉大肠杆菌细胞在何处停止或开始产生蛋白。相反地，它们只是告诉这些细胞何时开始或停止产生蛋白。这对于产生一种图案和控制它的规模足够了，而且它本质上是一种新的机制。”