水稻合成生物学家促使细菌分裂，使其像干细胞一样分化
莱斯大学的科学家们发现了一种在细菌中制造一种新的细胞分化的方法，灵感来自于干细胞中自然发生的过程。
水稻博士后研究员Sara Molinari和研究生Shyam Bhakta展示了一群大肠杆菌。研究人员和他们的同事发现了一种技术，可以促使细菌模仿干细胞s’在分裂时的分化能力。杰夫·菲特洛摄影
他们创造了一个基因回路，能够在大肠杆菌分裂时产生具有遗传特性的细胞。通过控制这一过程，就有可能创造出表现出复杂、非本地行为的多样微生物群落。
大米合成生物学家马修·班尼特和莎拉莫利纳里前学生university’s系统、合成生物学和物理博士学位计划,使项目展示操纵质粒的遗传密码
2自由浮动的环状DNA在细胞
2可以用来获取干细胞的分化在细菌中。
“干细胞具有显著的不对称分裂能力，”班尼特说。“分裂后，原干细胞保持不变，但新的子细胞具有全新的表型。这是一种不对称的细胞分裂，多细胞生物利用它来帮助控制自己的细胞组成。
他说:“作为一名合成生物学家，我对在多细胞群体中创造和控制分化细胞类型有很多想法。在这里，我们利用了我们所知道的干细胞，并设计了在细菌中实现这一目标的方法
研究人员在《自然化学生物学》杂志上报道了这一进展，他们称之为不对称质粒分配(APP)。
莫利纳里首先发现了如何迫使大肠杆菌中的质粒聚集成一个单一的簇，这样它们在细胞分裂时就不会均匀分布，而是由两个子细胞中的一个继承。携带质粒的子细胞与祖细胞保持一致，而它的兄弟细胞由于丢失了质粒上的遗传信息而在基因上变得不同。
在93分钟的过程中，水稻研究人员称之为不对称质粒分配的过程促使一个大肠杆菌分裂成两种基因上截然不同的细菌。在正确的图像中看到荧光的子微生物保留了携带dna的质粒(用黄点标记)，而它们现在已经分化的兄弟微生物则没有。由贝内特实验室提供
然后，她扩大了合成电路，诱导两个质粒同时在一个细胞中不对称分配，产生了四个基因上截然不同的大肠杆菌。有些细胞的运动能力是事先设定好的;它们可以走自己的路，帮助形成相应的蜂群。
莫利纳里说:“刚开始的时候，我们想创造一种材料，这种材料必须能够感知并适应环境。“我们认为，如果我们能模仿高阶组织的这种特征，我们就能增强菌落的健壮性和它们执行任务的能力。所面临的挑战是如何改造一个细菌种群，使其在任何需要的时候都能变成别的东西
莫利纳里和她的同事们第一次尝试大肠杆菌就中了头彩。她说，不对称细胞分裂没有规范的方法。这是一个疯狂的想法，第一次就神奇地成功了。
莫里纳里说:“但是，关于这个系统，我们有一些东西是无法完全弄清楚的。我花了两年的时间才发现我在克隆这个蛋白质时犯了一个错误。我在蛋白质的开始随机添加了17个氨基酸，这使整个系统工作起来
水稻生物科学家Matthew Bennett和Sara Molinari。
有了这些知识，她进一步改进了疏水蛋白质，这些蛋白质聚集在细胞中，同时与目标质粒结合，将它们固定在适当的位置。
班尼特指出，自然过程要么将足够多的质粒装入细胞，以确保每个子细胞中都有一些固定的位置，要么主动将质粒拉入每个新细胞，以确保它们保持一致。他说:“我们已经证明，我们能够在这些方面胜过竞争对手。
APP可以把简单的有机体变成复杂的系统，从而增进对多细胞生命的理解。班尼特说:“我们非常擅长设计细菌。我们已经做了好几年了。我认为这个领域已经发展到我们可以用细菌做令人惊奇的事情的程度，人们在问我们还能做什么
他说，这项新发现提供了一条前进的道路。
他说，多细胞生命有三个主要特征。“One是通过细胞不对称分裂进行分化的。另一种是细胞间通讯，合成生物学家多年来一直在研究细胞间通讯。第三个是细胞黏附，所以细胞停留在y’re应该呆的地方，彼此粘在一起。如果我们能把所有这些控制在一起，我们就能谈论设计有趣的多细胞生命形式。
他说:我开始觉得有点像科幻小说了。
合著者包括博士后研究员David Shis、研究生Shyam Bhakta、生物科学助理教授James Chappell和生物工程副教授Oleg Igoshin。
美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)、美国国家科学基金会(National Science Foundation)、韦尔奇基金会(Welch Foundation)和美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)资助了这项研究。
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