理查德理查德費曼是20世紀最受尊敬的物理學家之一，他說：“我不能創(chuàng)造，我不理解”。毫不奇怪，許多物理學家和數(shù)學家觀察了基本的生物過程，目的是準確識別可能產(chǎn)生它們的最小成分。
艾倫圖靈觀察到的自然模式就是這樣一個例子。這位杰出的英國數(shù)學家在1952年證明，解釋如何利用完全均勻的組織制造復雜的胚胎是可能的，他使用了有史以來最簡單、最優(yōu)雅的數(shù)學模型之一。這個模型的一個結果是，在一組條件下，細胞或組織顯示的對稱性可能被“打破”。然而，圖靈無法檢驗他的想法。經(jīng)過70多年的發(fā)展，生物技術的突破可以對它們做出決定性的評估。圖靈的夢想能通過費曼的提議實現(xiàn)嗎？基因工程已經(jīng)證明可以。
現(xiàn)在，UPF和西班牙國家研究委員會(CSIC)的聯(lián)合中心——進化生物學研究所(IBE)的研究團隊開發(fā)了一種新的模型，可以通過使用合成生物學來再現(xiàn)觀察到的對稱性破壞。胚胎包含盡可能少的成分。
研究團隊試圖通過合成生物學(通過將其他物種的一部分基因引入大腸桿菌)實現(xiàn)一種機制，以產(chǎn)生在更復雜的動物(如蒼蠅(果蠅)或人類)中觀察到的空間模式。在這項研究中，研究小組觀察到，正如圖靈所預測的那樣，改進后的大腸桿菌菌株通常以(對稱的)圓形模式生長，具有帶花瓣的規(guī)則間隔的花朵形狀。
Salva Duran-Nebreda說：“我們希望建立一種對稱的破壞力，這種破壞力在大腸桿菌菌落中從未見過，但在動物形態(tài)中是可見的，然后找出產(chǎn)生這些形態(tài)所需的成分?！边@項研究是他在復雜系統(tǒng)實驗室的博士學位，他目前是IBE技術進化實驗室的博士后研究員。
使用新的合成平臺，研究團隊可以確定調(diào)節(jié)大腸桿菌中空間模式出現(xiàn)的參數(shù)。“我們已經(jīng)看到，通過調(diào)整三個分量，我們可以誘導對稱性破壞。本質上，我們改變了細胞的分裂、細胞之間的粘附和遠距離交流的能力(群體感知)，也就是說，我們可以感知何時做出了集體決定?！?，杜蘭-內(nèi)布拉斯加評論道。
大腸桿菌模型中的觀察結果可應用于更復雜的動物模型或昆蟲群落設計原則。RicardSol說：“就像類器官或微器官可以幫助我們在不求助于動物模型的情況下開發(fā)療法一樣，這種合成系統(tǒng)為在更簡單的體外系統(tǒng)中將胚胎發(fā)育理解為一種普遍現(xiàn)象鋪平了道路。”ICREA研究員，IBE復雜系統(tǒng)集團研究負責人。
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