一项新的研究揭示了细菌是如何控制食物中产生的化学物质的。“这一发现可能会导致生物在将植物转化为生物燃料方面更有效。”

 

这项研究由加州大学河滨分校和太平洋西北国家实验室的科学家撰写，已发表在《英国皇家学会界面杂志》上。

 

在这篇文章中，作者描述了数学和计算建模、人工智能算法和实验，杏耀代理这些实验表明，细胞具有防止它们产生过多代谢中间产物的安全机制。

 

代谢中间产物是代谢过程中使每个反应相互结合的化学物质。这些控制机制的关键是酶，它可以加速与生长和能量生产等生物功能有关的化学反应。

 

“细胞新陈代谢是由一堆酶组成的。当细胞遇到食物时，一种酶将其分解成可以被下一种酶使用的分子，最终产生能量， 杏耀娱乐信誉如何 ，”UCR兼职数学教授、太平洋西北国家实验室计算科学家威廉·坎农解释说。

 

酶不能产生过量的代谢中间产物。它们产生的量是由细胞中已经存在的量控制的。

 

“通过这种方式，代谢物的浓度不会太高，以致细胞内的液体变得像糖蜜一样粘稠，这可能会导致细胞死亡，”坎农说。

 

制造成本与石油竞争的生物燃料的障碍之一是将植物原料转化为乙醇的效率低下。通常，大肠杆菌被设计用来分解木质素(植物细胞壁中较硬的部分)，因此可以发酵成燃料。

 

该研究的合著者、UCR杰出数学教授Mark Alber说，这项研究是了解细菌和真菌如何共同作用，影响为生物燃料种植的植物根系的项目的一部分。

 

“把细菌改造成生物燃料的一个问题是，大多数时候这个过程只会让细菌生病，”坎农说。“我们迫使它们过量生产蛋白质，这会让它们感到不舒服——它们可能会死亡。”我们在这项研究中学到的东西可以帮助我们更聪明地设计它们。”

 

了解哪些酶需要防止过量产生，可以帮助科学家设计出能产生更多它们想要的东西和更少它们不想要的东西的细胞。

 

这项研究采用了数学控制理论，即学习系统如何自我控制，以及机器学习来预测哪些酶需要被控制以防止代谢产物的过度积累。

 

坎农说，尽管这项研究检查了产生细胞能量的中枢代谢，杏耀连接但研究小组还想进一步研究细胞代谢的其他方面，包括二级代谢——蛋白质和DNA是如何形成的——以及细胞之间的相互作用。

 

坎农说:“我在一个人工做这种事情的实验室工作，花了几个月的时间来了解一种特定的酶是如何被调节的。”“现在，使用这些新方法，这可以在几天内完成，这非常令人兴奋。”

 

为了使国家能源来源多样化，美国能源部为这个为期三年的研究项目提供了210万美元的资助。

 

该项目也是新成立的UCR生物定量建模跨学科中心正在进行的更广泛倡议的一部分。

 

虽然这个项目的重点是细菌的新陈代谢，但了解细胞如何自我调节和控制的能力也有助于开发新的策略来对抗疾病。

 

“我们关注的是细菌，但这些相同的生物机制和建模方法也适用于人类细胞的失调，这是当一个人患有癌症时发生的事情，”阿尔伯说。“如果我们真的想了解为什么细胞会有这样的行为，我们就必须了解这种调节。”