変動する環境における成長と遅滞の間の普遍的なトレードオフ

Markus Basan^1,2, Tomoya Honda³, Dimitris Christodoulou⁴

¹Department of Systems Biology, Harvard Medical School, Boston, MA, USA. markus@hms.harvard.edu.

Nature

|July 17, 2020

まとめ

バクテリアの成長率と適応力には妥協が伴います成長を最大化することで栄養素の変化に対する生理学的適応が妨げられエシェリキア・コライのような微生物の資源配分と健康状態に影響を及ぼします

科学分野:

微生物学
システム生物学
バイオ物理学

背景:

バクテリア細胞の成長率は適性や資源の配分に不可欠です
環境条件や生理学的適応も細菌の目標に影響します
成長と適応力を同時に最適化することは,固有のトレードオフによる課題です.

研究の目的:

安定状態の成長率とEscherichia coliの生理学的適応性の間のトレードオフを調査する.
バクテリアの代謝の遅延のメカニズムを理解するために
成長と適応性のトレードオフの普遍性をモデル化し予測する.

主な方法:

エシェリキア・コリ菌の培養における実験的な栄養素のシフト (例えば,グルコースからアセテット).
メタボロミック分析移行中の主要な代謝物変化を特定する
連続流量制限モデルの開発
異なる栄養素のシフトと微生物種の間の実験的検証

主要な成果:

安定状態の成長率とE. coliの生理学的適応性の間でトレードオフが存在する.
長い代謝移行の遅延は,中央の炭素流の逆転後の主要な代謝物の枯渇によって引き起こされます.
連続的な流量制限モデルは,観測されたトレードオフを正確に説明します.
ユニバーサル・トレードオフのモデル予測は実験的に検証された.

結論:

細菌の成長と適応力には根本的なトレードオフが伴います
メタボライトの動態と相反する酵素の要求 (糖分解とグルコーネオゲネシス) は,これらのトレードオフを駆動する.
これらの発見は,微生物の適性と適応を様々な種で理解するための意味を持つ.

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