Science文章：细胞生长全新原理

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     来自香港大学李嘉诚医学院生物化学系，德国马尔堡大学等处的研究人员解析了生物学上的一个根本性问题：细胞到底是如何通过自身的运动和成长，而形成美丽有序的形状的，这提出了调控细胞生长的一个全新生物学原理，对了解生物结构的形成机制具有重要的意义。这一研究成果公布在Science杂志上。; K" X# V# h; p& E; H
   这项研究由四所大学联合完成，文章的通讯作者是香港大学李嘉诚医学院生物化学系的黄建东博士，黄巍博士，以及加州大学圣地亚哥分校华泰立教授，第一作者是香港大学的刘陈立博士，以及在读博士生傅雄飞。
+ |+ [) y& M: X$ i$ w6 W  d. c8 @     近年来，科学家们致力于研究如何使干细胞生长成器官，或是修补已坏死的器官，但迄今为止，分散的干细胞如何生长成有用的器官仍然是个谜。
4 u: p% D" h2 g. O, Z在这篇文章中，研究人员将合成生物学和定量模型两种方法结合起来，设计并研发了一个由两个模型组成的的合成基因系统。利用这个基因系统，他们能够控制大肠杆菌的运动模式，使之形成一个重复的图案。研究人员还通过数学模型来分析这个系统形成重复图案的原理，而且他们根据模型提出的方法，成功实现条纹数量的调控。' i9 i" K2 J# D& |
      研究人员设计改造的大肠杆菌能从一个中心开始长出空间上有序排列的周期性条纹状图案，而且研究人员也实现了对于条纹数量的调控，这为解释生物发育过程中定量控制结构的形成，提出了一个全新的理解和思考方向。这项研究提示我们，在自然界中，重复的图案往往是被精确调控的，比如人每只手只张了五根手指，牛有两根，马只有一根，人类脊椎有33块脊椎骨，而蛇脊椎骨多达300块，这些有趣的现象都值得我们深思，这项研究从长远来说，就究为如何控制细胞生长成不同的结构带来了新的认知，也为干细胞再生医学的研究提供了新的启示。
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原文摘要：: v* N5 b9 X- e
Sequential Establishment of Stripe Patterns in an Expanding Cell Population3 W9 {) m& z' E1 {# r* X8 q
Periodic stripe patterns are ubiquitous in living organisms, yet the underlying developmental processes are complex and difficult to disentangle. We describe a synthetic genetic circuit that couples cell density and motility. This system enabled programmed Escherichia coli cells to form periodic stripes of high and low cell densities sequentially and autonomously. Theoretical and experimental analyses reveal that the spatial structure arises from a recurrent aggregation process at the front of the continuously expanding cell population. The number of stripes formed could be tuned by modulating the basal expression of a single gene. The results establish motility control as a simple route to establishing recurrent structures without requiring an extrinsic pacemaker.

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2011.Sequential Establishment of Stripe Patterns in an Expanding Cell Population

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