《細菌感受態調控網路的開關機制和群體感應效應》是依託湖州師範學院，由毛俊雯擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：細菌感受態調控網路的開關機制和群體感應效應
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：毛俊雯
- 依託單位：湖州師範學院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
細菌為了適應變化環境進化出高效迅速的回響機制。環境壓力下，部分細胞分化進入感受態，具備攝取外源DNA的能力。細胞感受態分化的動力學性質受基因調控開關結構、噪聲以及環境等多種因素影響。目前的實驗和理論研究多集中在感受態開啟的動力學性質，感受態的關閉機制還不清楚。本項目以枯草芽孢桿菌為背景，通過定量數學模型，套用非線性分析和主方程、Langevin方程等統計物理理論，結合多尺度隨機模擬方法，研究細菌應對環境壓力的感受態開關機制以及參與自然轉化的時空動力學特性，澄清影響細胞感受態關閉的內部和環境因素。我們採用模組化思想研究雙穩開關的回響策略，提出噪聲關聯性影響開關機制這一新的機理，並對調控網路的模組功能和控制策略做出預測。本項目的研究不僅有助於理解水平基因轉移發生髮展的分子機制，還將為研究其它致病菌更為複雜的感受態調控機理提供新的研究思路和高效的多尺度研究方法。
結題摘要
本項目在合成生物學實驗結果基礎上，構建定量數學模型，整合非線性穩態分析和隨機動力學模擬等研究方法，研究了細菌群體感應調控機制以及具有社會相互作用菌群的生態動力學演化性質等。本項目的開展注重理論和實驗的緊密結合，取得了具有創新性的一些成果，項目資助發表SCI論文6篇，其中Nature Communications 1篇。主要結果有：（1）通過細菌感受態調控對微生物菌株進行工程設計，由此構建具有可變合作和競爭行為的三菌株生態體系，提出將細菌素介導的群落相互作用可變性納入微生物生態系統的定量描述方法，從而準確地預測微生物群落的生態結構，為“自下而上”研究微生物生態系統的動力學行為提供了新的視角。（2）從奈瑟氏淋球菌的基因島水平轉移過程出發，研究了細菌自然感受態的群體感應機制以及菌群動力學性質，構建基因水平轉移的分子模型，發現細胞選擇性和水平基因轉移速率是決定細菌種群結構的主要因素，計算給出細菌滅絕、共存和雙穩態三種不同的動力學區域及其統計性質。（3）基於感受態調控機制的合成生物學技術，實驗上成功構建了一個具有環境依賴性的捕食者-被捕食者生態系統，通過模型計算，解釋了實驗觀察到的生態動力學行為，強調了在合成生物學的工程生態系統設計中考慮環境因素的重要性。（4）研究了枯草芽孢桿菌的常態細胞、感受態細胞和孢子等表型異質性的細胞分化調控機制和時空動力學特徵，利用數值模擬方法對環境壓力下菌群細胞分化策略及擴散動力學行為進行建模計算，為正確評估表型異質性作為相關微生物壓力應對決策提供理論依據。（5）提出基於細胞個體的計算機模擬方法（Individual Based Model）模擬微生物群落的生長和運動，採用多尺度模擬的框架，整合基因信號的傳導和菌群趨化性研究微生物群落的生長和運動。為整合細胞層面和分子調控層面的多尺度模擬提供新的思路。（6）翻譯出版了吉布斯的經典著作《統計力學的基本原理》（中科大出版社出版），為從事生物、物理、化學等交叉學科研究的科研和教學工作者提供了統計力學的理論指導。
