新工具告诉生物工程师何时建立微生物团队

杜克大学的研究人员创建了一个框架，帮助生物工程师确定何时使用多个细胞系来制造产品。这项工作可以帮助各种使用细菌的行业生产从药品到香水的化学品。该研究于2018年2月19日在线发表在“美国国家科学院院刊”上。

世界上每个细胞都在不断吸收营养和原料，并将它们转化为更有用的东西。通常该过程为细胞提供能量或一些其他重要的维生素或矿物质，同时留下可能对其他细胞有益的副产物。在复杂的多细胞生物和生态系统中尤其如此，其中几种不同类型或种类的细胞可以一起产生单一复杂的最终产物。

自20世纪70年代以来，科学家一直在利用这些能力生产有用的物质，如人类生长激素，药物，香料和生物燃料。为了简单起见，大多数时候他们依靠单一类型的细胞进行这样的努力。但有时这个过程变得太复杂了。

“通常当人们修改细胞来生产某些东西时，他们会使用单一种群，但是当你只使用一种细胞来做所有事情时，它可以处理的内容有一个上限，这就限制了你可以使用的复合物的复杂程度要求细胞制作，“研究生Ryan Tsoi说，他是杜克大学生物医学工程专业的研究生，也是该论文的第一作者。“已经探索了分割劳动力的多种细胞类型，但只是逐案研究。这是第一次系统研究什么情况使多种细胞系比一种更好。”

在这项研究中，Tsoi和他的顾问，Lingchong You，Duke的工程学副教授Paul Ruffin Scarborough，汇总了一个方程组来模拟这些类型系统中重要变量的相互作用。例如，他们可以模拟复杂任务对单细胞生长速率的影响，或者当细胞必须在分工方案中来回传递信号，酶和蛋白质时引入的低效率。

他们汇总了20多种不同的变体，如何构建这些系统以及它们如何相互作用。当他们运行模拟时，他们发现每个试验都归结为变量如何影响两个因素 - 当两种类型的细胞共享资源同时在它们之间运输分子时，细胞能够生长多快以及效率损失多少。

“这与研究人员在资助计划或论文上合作的时间相当，”你说。“这是在你自己做多容易，与其他合作者合作的效率，以及在一天结束时合作的回报有多大的平衡。”

为了向前发展，Tsoi计划使用新框架开发他计划研究的新生物工程系统。他希望其他人也这样做。

“所有这些参数都是可测量和可量化的，”Tsoi说。“我们的想法是，对于任何系统，您都可以通过基础实验或教科书获得所有这些参数，将它们投入到这个数学模型中，不仅可以获得是否使用分工的基本答案，还可以采取措施它对你的项目有多大帮助。“

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