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细菌的大小相当于什么(细菌 大小)
admin2022-12-29 18:04:53网红美食111人已围观
简介细菌的大小相当于什么(细菌大小),本文通过数据整理汇集了细菌的大小相当于什么(细菌大小)相关信息，下面一起看看。在过去的100年里，生物学家一直想知道是什么决定了细胞的大小。在现代，虽然科学家知道了控制细菌细胞周期和细胞分裂的大部分
细菌的大小相当于什么(细菌 大小),本文通过数据整理汇集了细菌的大小相当于什么(细菌 大小)相关信息，下面一起看看。
在过去的100年里，生物学家一直想知道是什么决定了细胞的大小。在现代，虽然科学家知道了控制细菌细胞周期和细胞分裂的大部分分子，但他们仍然不知道如何确定细菌细胞的大小。
5月18日，中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称中科院深圳先进所)和深圳合成生物创新研究院刘研究团队，以大肠杆菌为模式生物，揭示了细菌大小的决定因素。相关结果发表于《自然—微生物学》。本研究推导了一个全新的“个体生长分裂方程”，修正了该领域原有的两个生长规律，为合成生物学中生命的合理设计提供了相关的基本原则。
每种细菌都有各种可遗传的大小，这些微小细胞的体积有时会相差106-108倍。当然，更大的细菌很少，大多数已知的细菌直径在0.4到2微米之间，长度在0.5到5微米之间。细菌的大小不仅是多样化的，而且是稳定的。即使在温度超过100度的热液喷口，盐浓度高达5摩尔的盐湖，离子放射性超过对人类致死剂量的1000倍，这些环境中的细菌细胞仍然保持特定的大小。
长期以来，细菌的大小一直是细菌分类学中不可或缺的性状，特定的大小使细菌更能适应其生存环境。那么细菌的大小是如何确定的呢？
最后将进行一项为期三年的研究。
早在20世纪50年代，美国科学家Schaechter等人就发现细菌细胞生长越快，细胞越大。更重要的是，这项研究突破了一个数学公式来描述细菌细胞生长速率与细胞大小之间的定量关系，也就是说，只要知道细胞生长速率，就可以准确推断出细胞大小，反之亦然。这个公式后来被称为“SMK增长法则”。
那么，为什么细胞大小和生长速度会有这样的关系呢？1968年，多纳基在杂志《自然》上发表了他的观点。他认为细胞大小决定了新一轮DNA复制何时开始。当细胞进入复制阶段时，细胞大小与复制起点数量之比是恒定的。这个比例叫做“初始质量”，“初始质量”与增长率无关。在开始新一轮的DNA复制后，经过一段恒定的时间后，细胞分裂。
因为细胞是指数增长的，初始质量和时间周期是不变的，所以分裂时细胞的大小与增长率的指数次方成正比。这一观点非常符合SMK生长法则，回答了“如何确定细菌的大小”这一基本科学问题，被称为“恒定初始质量假说”。
这两个统治了学术界半个世纪的成长规律联系在一起，就像科研路上的“招牌”。他们在这一领域建立了60年的权威，多年来在两大定律的指导下开展了许多研究。一些研究团队对这两个规则的准确性提出了质疑，但由于缺乏系统全面的实验数据，相关结论并未引起该领域大多数研究者的重视。为了修正主流的细胞生长定律，需要保证实验数据的完全覆盖和高重复性。刘的团队潜心研究了三年多，对这两个定律进行了系统的重复实验。
“通常这类研究所选取一种或几种培养基，但我们选取30多种培养基进行实验。我们采用早晚轮班制，实时监控细胞的生长状态，确保每次采样都在细胞稳定的状态下进行，”本文第一作者郑海博士说。“在低增长率条件下，完成一个实验最多需要一周时间，但为了保证数据可靠，实验还是需要重复，重复次数超过9次。这是迄今为止报道的同类研究工作中，媒体种类最多，增长幅度范围最广的一个。
团队以极大的耐心和严谨的态度，最终发现原来的两条规则并不准确，而被奉为经典的“招牌”可能把大家的研究引向了一个偏离的方向。“虽然生长速度越快，细胞越大，但它们之间的关系不符合生长规律的预期”，本文通讯作者刘研究员说。“根据定律，一旦细胞达到‘初始质量’，就应该开始新一轮的DNA复制。但我们在实验中观察到，细菌细胞并不遵循假设，在不同的培养条件下‘初始质量’有高有低。
如果两个定律都不准确，细菌的大小是怎么确定的？我们能纠正“招牌”吗？
玩弄数据推导出新的数量关系
为了回答“细菌的大小是如何确定的”这个科学问题。陈力这样描述实验数据分析的过程：“和数据待在一起，想办法弄明白。”研究团队通过寻找大量科研实验数据背后的数量关系，最终推导出一个全新的适用于不同生长速率的“个体生长分裂方程”。
新方程统一了不同生长速率下细菌细胞周期的调控机制，这个定量公式也使得细菌个体大小、生长速率等自然现象变得可预测。例如，当已知细菌的生长速率和DNA复制周期时，可以准确预测细菌的大小。分裂方程为研究者提供了新的研究范式和思维方法，解答了细菌细胞大小、DNA复制周期和生长速率之间的关系。具有广泛的应用价值。
「个体生长方程」对于理解细菌细胞周期的调控机制有什么意义？在“个体生长方程”的约束下，研究团队探讨了细菌细胞分裂的控制机制。在此基础上，提出了新的分子机制假说，认为存在一种“分裂许可”，与“细胞生长”和“染色体复制分离”有关。当其积累达到一定阈值时，细胞就会分裂。在此基础上，研究团队建立了相应的数学模型，并进一步实验验证了理论预测。
从数学公式到构建生命体的理性设计基础
在物理世界中，“伯努利方程”指导着飞机的设计，“阿基米德浮力定律”促进了潜艇的出现，“牛顿第二定律”是人类翱翔太空的理论基础。合成生物学的最终目标是合理设计生物世界，改造现有的生命形式或创造新的生命形式，以满足人类的不同需求。
以“合成生物学”为研究方向，刘团队继去年揭示细菌菌落迁移公式后，在定量生物学领域取得又一突破。“这项研究再次证实了定量思维方法在生命科学研究中的重要性。我们发现的每一个操作规则，都是在试图寻找一个可以用来指导生命形式设计、改造和重建的‘图纸’。”陈力说。对单个细菌细胞数量规律和规则的基础科学研究，为人类揭示和认识生命体内部原理提供了重要参考。这项研究也有利于未来合成生物学的合理设计和构建，以满足细菌用于疾病治疗、抗生素替代、绿色生物制造等应用层面的需求。
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