群体感应自杀种群在富营养培养基中的生长模型(3)
图1.1为我们展示了一个最简单的自杀基因回路以及在连续培养时形成的密度振荡。
（A） （B）
图1.1 基于群体感应的细胞自杀基因回路及其产生的细菌密度的周期振荡
我们可以从图1.1中了解到，（A）AHL是由luxI基因编码的蛋白催化合成的自诱导剂，它能够在细胞内外自由扩散。当细胞密度增加，AHL浓度就会上升，达到一定阈值时会与luxR基因编码的R蛋白结合生成R*（活化了的R蛋白）。R*可以启动PluxI启动子，表达ccdB蛋白，然后ccdB抑制DNA的复制，最后杀死细胞。图中的luxR和luxI基因都在lac启动子的控制之下，能够被IPTG诱导而启动表达。（B）在微型恒化器中间隔稀释培养时，当菌群密度高于群体感应的阈值时，自杀基因便会启动，这时菌群密度回落至阈值以下，自杀回路处于静息态，细菌能够继续生长，但长到超过阈值时，自杀回路又会再次启动，于是就形成了波形振荡。
基于群体感应的自杀基因回路有以下三方面有研究价值。
1）在基于群体感应的自杀基因回路中，如果把培养条件、诱导剂浓度等作为输入信号，把细菌密度的周期性起伏看作输出信号，产生一个振荡。这一振荡经过优化设计能够进一步发展成为标准的生物部件，供未来的生物计算机使用。
2）目前在许多应用领域中，具有稳定可控的自杀功能的细菌能够发挥很大的作用，比如在靶向给药时，细菌能够作为给药介质，当其完成作为介质的使命后，启动自杀回路，实现自体消除。
3）安装在质粒上的功能基因靶点明确，非常有利于解析基因调控网络，量化相互作用，启示进化趋势。对于研究基因回路与宿主细胞基因组间的相互作用关系，这种化繁为简的研究手段，很适合研究细菌的社会化行为。
目前，关于自杀基因回路的系统性研究还不够。因为即使是这样简单的一个回路，它与培养条件、营养条件、诱导分子的种类和物理化学性质、宿主菌的种类、启动子的类型、质粒的复制特性、抗生素的选择、执行自杀的功能基因等都有关系。因受到多重因素的影响，最终会表现得十分复杂。因此，十分有必要系统地研究各种因素，分类整合相关参数。
由于AHL分子较小且浓度很低，在成分复杂的培养基中不易定量检测，因此通过控制AHL浓度来调节细菌自杀强度在操作上较困难。根据图1.2AHL的分子结构判断，它在酸性条件下稳定，因此自杀行为可能与pH值有密切的关系。而温度的变化会影响到luxR、luxI基因的表达，AHL分子与R蛋白的反应以及lux启动子的激活，因此自杀的强度和能够文持的时间也应该是温度的函数。
1.2 AHL（高丝氨酸）的分子式
1.4 国内外研究现状与发展趋势
1.5 本课题研究的内容和意义
本课题基于已有研究基础，以含有自杀基因回路的top10F’细菌为实验材料，用LB液体培养基培养，以IPTG为外部诱导剂，比较不同温度和不同pH值时，细菌的生长曲线，观察自杀强度与温度和酸碱度的关系，为精确模拟细菌自杀行为、优化自杀基因回路提供基础性数据。
2 实验方法
2.1 拟使用的材料试剂、仪器设备
材料与试剂
top10F’菌株、胰蛋白胨、酵母粉、琼脂、NaCl、KCl、、MOPS、IPTG（浓度为100mM，使用时稀释100倍）、卡那霉素（浓度为1000mM使用时稀释1000倍）、水、去离子水、75%酒精。
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