作者朱尔斯·伯恩斯坦，加州大学河滨分校 艺术家渲染的E
大肠杆菌和电路
信用:PNNL 一项新的研究揭示了细菌是如何控制消费食物产生的化学物质的
这一发现可能会让生物更有效地将植物转化为生物燃料
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，已经发表在《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，表明细胞具有防止它们产生太多代谢中间体的故障安全机制
代谢中间体是代谢过程中使每个反应相互耦合的化学物质
这些控制机制的关键是酶，它能加速生长和能量产生等生物功能中的化学反应
“细胞新陈代谢由一系列酶组成
当细胞遇到食物时，一种酶将它分解成一种分子，供下一种酶和下一种酶使用，最终产生能量，”该研究的合著者、UCR兼职数学教授和太平洋西北国家实验室计算科学家威廉·坎农解释说
这些酶不能产生过量的代谢中间产物
它们产生的量由细胞中已经存在的产物的量来控制
坎农说:“这样，代谢物的浓度就不会高到使细胞内的液体变得像糖蜜一样粘稠，从而导致细胞死亡。”
制造与石油具有成本竞争力的生物燃料的障碍之一是将植物材料转化为乙醇的效率低下
典型的，E
大肠杆菌被设计用来分解木质素，这是植物细胞壁的坚硬部分，所以它可以被发酵成燃料
该研究的合著者、UCR杰出数学教授马克·阿尔伯说，这项研究是了解细菌和真菌如何共同影响植物根部以生产生物燃料的项目的一部分
坎农说:“将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。”
“我们迫使他们过量生产蛋白质，这让他们感到不舒服——他们可能会死
我们在这项研究中所学到的可以帮助我们更聪明地设计它们
" 知道哪些酶需要被阻止过度生产，可以帮助科学家设计出能产生更多他们想要的而更少他们不想要的细胞
这项研究采用了数学控制理论，即学习系统如何控制自己，以及机器学习来预测需要控制哪些酶来防止代谢物的过度积累
虽然这项研究检查了产生细胞能量的中枢代谢，但坎农说，未来研究小组希望研究细胞代谢的其他方面，包括次级代谢——蛋白质和DNA是如何产生的——以及细胞之间的相互作用。
坎农说:“我在一个实验室工作，手工做这种事情，花了几个月的时间才明白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，这是非常令人兴奋的
" 美国
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能源部寻求使国家能源来源多样化，用200万美元资助了这个为期三年的研究项目
100万英镑赠款
该项目也是新成立的UCR生物学定量建模跨学科中心正在进行的更广泛倡议的一部分
虽然这个项目集中于细菌代谢，但学习细胞如何自我调节和控制的能力也有助于开发对抗疾病的新策略
“我们专注于细菌，但这些相同的生物机制和建模方法适用于已经失调的人类细胞，这就是当一个人患有癌症时会发生的情况，”阿尔伯说
“如果我们真的想了解细胞为什么会有这样的行为，我们必须了解这种规律
"
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