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2019
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給你一個冰淇淋和一塊蛋糕，你先吃哪個？一塊面包和一個牛油果呢？兩個一塊吃嗎？1941 年微生物學家 Jacques Monod 給細菌提出了同樣的問題。他給大腸桿菌同時提供兩種食物（碳源），結果看到了兩類不同的現象：對某一些食物組合（比麥芽糖和蘋果酸），細菌兩種同時吃，而對另一些組合（比如葡萄糖和乳糖），細菌要先吃完一種（葡萄糖），然后再會去吃另一種（乳糖）。隨后 Monod 和 François Jacob 一道，找出了細菌在有葡萄糖和乳糖的情況下只吃葡萄糖的分子機制—乳糖操縱子：在這兩種糖都存在的時候，細胞不會去表達運輸和消化乳糖的相關基因，并獲得了 1965 年的諾貝爾生理學獎。可是為什么細菌要挑食呢？為什么對于有些食物的組合它們又不挑呢？北京大學湯超教授團隊發現細菌的這一套進食策略能夠使它們最優化的生長。如果哪個菌種想任性一把，同時吃葡萄糖和乳糖，或者對麥芽糖和蘋果酸挑食，那么它們的代價就是生長速率的降低，進而面臨被淘汰的危險。結合代謝網絡的拓撲特征和細胞內蛋白資源的優化分配，研究團隊的理論模型定量的解釋了細菌面對多種碳源的進食策略。在兩類碳源同時被細菌消耗的情況下，模型預測并用實驗驗證了細菌內不同氨基酸上的碳原子來自兩種碳源的比例。這個例子進一步說明了在看似復雜的生命現象中，存在簡潔的原理與定量的規律。相關文章發表在《自然 - 通訊》雜志上。北京大學定量生物學中...