理查德理查德費(fèi)曼是20世紀(jì)最受尊敬的物理學(xué)家之一，他說：“我不能創(chuàng)造，我不理解”。毫不奇怪，許多物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家觀察了基本的生物過程，目的是準(zhǔn)確識(shí)別可能產(chǎn)生它們的最小成分。
艾倫圖靈觀察到的自然模式就是這樣一個(gè)例子。這位杰出的英國(guó)數(shù)學(xué)家在1952年證明，解釋如何利用完全均勻的組織制造復(fù)雜的胚胎是可能的，他使用了有史以來最簡(jiǎn)單、最優(yōu)雅的數(shù)學(xué)模型之一。這個(gè)模型的一個(gè)結(jié)果是，在一組條件下，細(xì)胞或組織顯示的對(duì)稱性可能被“打破”。然而，圖靈無法檢驗(yàn)他的想法。經(jīng)過70多年的發(fā)展，生物技術(shù)的突破可以對(duì)它們做出決定性的評(píng)估。圖靈的夢(mèng)想能通過費(fèi)曼的提議實(shí)現(xiàn)嗎？基因工程已經(jīng)證明可以。
現(xiàn)在，UPF和西班牙國(guó)家研究委員會(huì)(CSIC)的聯(lián)合中心——進(jìn)化生物學(xué)研究所(IBE)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的模型，可以通過使用合成生物學(xué)來再現(xiàn)觀察到的對(duì)稱性破壞。胚胎包含盡可能少的成分。
研究團(tuán)隊(duì)試圖通過合成生物學(xué)(通過將其他物種的一部分基因引入大腸桿菌)實(shí)現(xiàn)一種機(jī)制，以產(chǎn)生在更復(fù)雜的動(dòng)物(如蒼蠅(果蠅)或人類)中觀察到的空間模式。在這項(xiàng)研究中，研究小組觀察到，正如圖靈所預(yù)測(cè)的那樣，改進(jìn)后的大腸桿菌菌株通常以(對(duì)稱的)圓形模式生長(zhǎng)，具有帶花瓣的規(guī)則間隔的花朵形狀。
Salva Duran-Nebreda說：“我們希望建立一種對(duì)稱的破壞力，這種破壞力在大腸桿菌菌落中從未見過，但在動(dòng)物形態(tài)中是可見的，然后找出產(chǎn)生這些形態(tài)所需的成分?！边@項(xiàng)研究是他在復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的博士學(xué)位，他目前是IBE技術(shù)進(jìn)化實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。
使用新的合成平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)可以確定調(diào)節(jié)大腸桿菌中空間模式出現(xiàn)的參數(shù)?！拔覀円呀?jīng)看到，通過調(diào)整三個(gè)分量，我們可以誘導(dǎo)對(duì)稱性破壞。本質(zhì)上，我們改變了細(xì)胞的分裂、細(xì)胞之間的粘附和遠(yuǎn)距離交流的能力(群體感知)，也就是說，我們可以感知何時(shí)做出了集體決定。”，杜蘭-內(nèi)布拉斯加評(píng)論道。
大腸桿菌模型中的觀察結(jié)果可應(yīng)用于更復(fù)雜的動(dòng)物模型或昆蟲群落設(shè)計(jì)原則。RicardSol說：“就像類器官或微器官可以幫助我們?cè)诓磺笾趧?dòng)物模型的情況下開發(fā)療法一樣，這種合成系統(tǒng)為在更簡(jiǎn)單的體外系統(tǒng)中將胚胎發(fā)育理解為一種普遍現(xiàn)象鋪平了道路?！盜CREA研究員，IBE復(fù)雜系統(tǒng)集團(tuán)研究負(fù)責(zé)人。
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