鞭毛动力学揭示了大肠杆菌化学反应网络中的波动和动力极限

科学领域:

• 微生物学 微生物学
• 生物物理学的生物物理.
• 系统生物学 系统生物学

背景情况:

• 像大肠杆菌 (Escherichia coli) 这样的细菌使用化学反应来通过鞭毛细胞运动来导航环境.
• 化学反应网络容易受到影响信号输出的内部分子波动或"噪声"的影响.
• 顺时针 (CW) 鞭毛旋转偏差是化学反应网络活动的关键输出指标.

研究的目的:

• 量化大肠杆菌化学毒性信号网络在其动态范围内的波动.
• 研究网络活动,分子噪声和鞭毛切换之间的关系.
• 探索 CheY 激活动态在驱动化学反应网络波动中的作用.

主要方法:

• 使用时间分辨率光显微镜观察鞭毛切换统计数据.
• 采用光学陷来研究单个,光学被困的大肠杆菌细胞.
• 在基因表达噪声的启发下,开发了一种随机理论模型.

主要成果:

• 在稳定状态下量化了CW偏差的显著波动,这表明在鞭毛切换中发挥了作用.
• 在化学刺激后,网络波动显著降低到更高的活动水平.
• 确定了类似爆发的CheY激活作为CW偏差波动的驱动因素.
• 揭示了对网络活动的动力上限抑制了波动,并可能防止非生产性的翻转.

结论:

• 化学反应网络噪声,特别是在稳定状态下,是相当大的,并与鞭毛切换相关.
• 网络活动水平动态调节噪声,较高的活动抑制波动.
• 在CheY激活中爆发动态和动态活动极限是控制化学反应网络噪声和功能的关键机制.
• 了解这些抑制噪音的机制可能会解释细菌如何有效地在的化学梯度上进行导航.