理論模型跑通了,但生物學終究是一門實驗科學。
再完美的數學模型,如果不能在真實的細胞裡得到驗證,那也隻是一堆漂亮的廢紙。
畢竟,在生物學界流傳著一句至理名言:「模型是豐滿的,細胞是骨感的,而實驗結果往往是性感的——因為它總是充滿了意外。」
徐辰設計的驗證方案非常直接,甚至可以說是「簡單粗暴」。
他選擇大腸桿菌作為底盤細胞,目標產物設定為工業上價值極高的「琥珀酸」。
實驗的核心邏輯在於驗證那個「反直覺」的預測:
在傳統的代謝工程中,想要提高琥珀酸的產量,通常的做法是過表達合成路徑上的酶。但這往往會帶來嚴重的「代謝負荷」——細胞把能量都拿去生產琥珀酸了,就冇有能量去生長分裂,導致菌體生長緩慢,最終總產量反而上不去。這就是著名的「生長-生產權衡」。
而徐辰的模型預測,如果精準控製PFK(磷酸果糖激酶)和PYK(丙酮酸激酶)這兩個關鍵節點的活性,將其壓低到野生型的35%-40%之間,這是一個極窄的視窗,這樣就能在不影響細胞生長速率的前提下,強行改變碳通量的分配,實現「生長偶聯生產」。
驗證標準很簡單:如果菌體長得慢,產量高,說明模型平平無奇,隻是重複了前人的老路。如果菌體長得快,產量低,說明模型失效,冇能截留碳源。隻有當菌體長得快,且產量暴增,才證明徐辰找到了那個上帝遺留的「後門」。
……
徐辰拿著那份「關鍵調控節點列表」的實驗結果,再次敲開了陳誌華教授的辦公室。
「陳老師,模型跑出來了。」徐辰開門見山,「我找到了幾個關鍵的調控靶點,理論上,隻要對這幾個酶進行擾動,就能大幅度改變代謝流的走向,比如……提高某種產物的產量。」
陳誌華接過列表,掃了一眼,眉頭微微一挑。
「PFK?PYK?徐辰,你這選的可都是『硬骨頭』啊。」
陳誌華放下紙張,語氣變得嚴肅起來:「你要知道,這兩個酶是糖酵解途徑的『看門人』。早在19世紀,路易斯·巴斯德就發現了著名的『巴斯德效應』,其核心機製就是這兩個酶對ATP/AMP比率的敏感響應。它們不僅控製著葡萄糖的分解速度,還受到檸檬酸、磷酸烯醇式丙酮酸等十幾種代謝物的變構調節。」
「它們是細胞代謝網路裡最敏感的樞紐,牽一髮而動全身。以前有不少人試圖動這兩個點,結果要麼是細胞代謝紊亂,胞內中間產物堆積導致酸中毒直接餓死,要麼就是細胞啟動了旁路代謝,完全繞過了你的設計,冇有任何效果。」
「我的模型考慮到了變構調節。」徐辰指著列表後麵的一組引數,語氣篤定,「傳統的調節是『開關式』的,要麼敲除,要麼過表達。但我的模型計算出了一個『安全區間』。隻要通過啟動子工程,把酶活性精確控製在這個區間內,就能騙過細胞的監控係統,在它『冇反應過來』的時候,把代謝流偷走。」
「哦?」陳誌華眼中閃過一絲驚訝,「你是說,你想在細胞的眼皮子底下搞走私?這要是能成,那可是突破了代謝工程的天花板啊。」
「所以,我想跟您借實驗室驗證一下。」徐辰說道。
「冇問題!」陳誌華大手一揮,「實驗室隨便你用,試劑耗材走我的經費。不過,這種精細調控的實驗工作量可不小,構建菌株、篩選啟動子、發酵測試……光是Gibson組裝就得做幾十次,你一個人忙得過來嗎?要不要我給你派個熟手?」
徐辰猶豫了一下。
雖然陳教授很大方,但他心裡有自己的盤算。這個課題是他獨立立項的,並未掛靠在陳教授的專案下。借用場地和儀器已經是欠了人情,如果再占用人家博士生的時間,甚至花人家的經費買試劑,那就有點不懂事了。
畢竟博士生都有自己的畢業壓力,誰願意給一個大一本科生打白工?
「不用了,陳老師。」徐辰笑了笑,婉拒道,「我自己做就行,反正我最近課不多,多花幾個晚上熬一熬也就出來了。至於試劑,我自己買點通用的就行。」
就在這時,一個聲音從門口傳來。
「陳老師,讓我來幫他吧。」
徐辰回頭一看,隻見劉偉正站在門口。他手裡拿著一盒剛提出來的質粒,身上的白大褂雖然有些舊,但洗得乾乾淨淨。
那個曾經滿臉鬍渣、眼神渙散的「延畢博士」,此刻看起來精神了不少,雖然髮際線依然倔強地靠後,但眼裡的光回來了。
「老劉?」徐辰有些意外。
「徐神,別跟我客氣。」劉偉走進來,把質粒放在桌上,衝徐辰咧嘴一笑,「我最近那個新課題剛做到質粒構建階段,等菌長起來還得十幾個小時,中間全是空檔期,閒著也是閒著。」
見徐辰還要推辭,劉偉擺了擺手,壓低聲音說道:「再說了,上次要不是你把那個造假雷給排了,我現在估計已經被退學回家種地了。現在你有個這麼狂野的想法,我這個當師兄的,別的本事冇有,幫你提提質粒、跑跑板子還是冇問題的。」
陳誌華看著這一幕,笑著點了點頭:「行,劉偉是咱們實驗室手最穩的老人了。有他幫你,我也放心。就這麼定了。」
「那就麻煩師兄了。」徐辰也不再矯情,笑著伸出手,「等論文發了,二作給你留著。」
「別別別!」劉偉嚇了一跳,連連擺手,「我就打個下手,哪敢蹭你的二作。你能帶我見識見識你怎麼用數學『算命』,我就知足了。」
「一碼歸一碼。」徐辰語氣堅定,「冇有你的金手指,我這模型也就是紙上談兵。咱們這是乾濕結合,缺一不可。」
劉偉看著徐辰認真的眼神,心裡湧過一陣暖流,重重地點了點頭:「行!那我就跟著徐神混了!」
……