基于Rhll/R和LuxI/R群体效应的细胞共生系统构建

论文摘要

共生关系在医药,能源,环境等各个领域中广泛存在并具有很好的应用价值。为了研究抗生素胁迫条件下共生系统中细胞群体效应及系统稳定性,本文从数学模型模拟和实验两方面入手,运用合成生物学的研究手段和方法,构建了基于群体效应信号分子的,对氨苄青霉素和卡那霉素胁迫响应的大肠杆菌DH5α双菌株（ER和EG）人工共生体系,获得以下主要结果:（1）首先设计基于Rhll/R和LuxI/R的群体效应人工共生系统;数学模型研究表明,过低的细胞初始浓度会导致此共生系统面临崩溃;不同的氨苄青霉素和卡那霉素浓度下,共生关系对两种细胞存活的贡献度有所不同,两种细胞对抗生素环境的耐受力不同导致群体比例存在差异。（2）运用分子生物学的手段实现了ER和EG细胞共生相关功能基因的组装;采用LC-MS-MS和GC-TOF-MS方法,确定ER细胞能够产生3OC6HSL信号分子,EG细胞能够产生C4HSL信号分子;进一步研究表明ER细胞能感应C4HSL信号分子并能在高卡那霉素浓度（1mg/ml）的培养基中生长,EG细胞能够感知3OC6HSL信号分子并能在高氨苄青霉素浓度（5mg/ml）的培养基中生长。（3）进一步实验研究表明,在ER和EG细胞组成的共生体系中,在高氨苄青霉素（4mg/ml）和卡那霉素（0.4mg/ml）条件下,ER和EG细胞延迟期增长,但ER细胞比EG细胞更具竞争优势;细胞初始浓度固定时,随着氨苄青霉素和卡那霉素浓度的增高共生系统稳定性降低,过高的浓度会导致此共生系统崩溃。当氨苄青霉素浓度为4mg/ml,卡那霉素浓度为0.4mg/ml时,ER和EG细胞最低初始浓度在2×106cells/ml左右就可维持此共生系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 共生系统概况
• 1.1.1 共生的概念及现象
• 1.1.2 自然界共生系统的研究历史
• 1.1.3 目前制约共生系统研究的瓶颈
• 1.1.4 共生系统的应用价值
• 1.2 合成生物学方法在共生系统研究中的应用
• 1.2.1 合成生物学简介
• 1.2.2 合成生物学方法在共生系统研究中的应用
• 1.3 群体效应信号传导系统
• 1.3.1 群体效应的主要机制
• 1.3.2 革兰氏阳性菌中的群体效应
• 1.3.3 真菌中的群体效应
• 1.3.4 群体效应信号系统在合成生物学中的应用
• 1.4 本研究的研究意义及研究内容
• 第二章 共生系统的设计及数学模型构建
• 2.1 共生系统的设计
• 2.1.1 共生系统的设计内容
• 2.1.2 群体效应信号系统及抗生素抗性基因的选择
• 2.1.3 两种细胞共生关系的机理
• 2.2 共生系统模型的构建
• 2.2.1 模型参数的选取
• 2.2.2 模型中的动力学方程
• 2.2.3 模型模拟结果
• 2.3 小结
• 第三章 ER 和EG 细胞基因型的构建
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 菌种及质粒
• 3.2.2 主要试剂及仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 标准化功能基因序列（生物砖）的转化
• 3.3.2 ER 细胞共生相关功能基因的构建
• 3.3.3 EG 细胞共生相关功能基因的构建
• 3.4 小结
• 第四章 两种细胞共生系统特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ER 和EG 功能基因的表达
• 4.3.2 共生系统在不同抗生素浓度下的稳定性
• 4.3.3 初始浓度对共生系统的影响
• 4.3.4 共生系统两种细胞在高抗生素浓度下的生长趋势
• 4.4 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 实验中所用生物砖基因序列
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢