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第213章 計算生物學研究 四

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接下來的兩週,徐辰和劉偉成了實驗室裡的「黃金搭檔」。

徐辰負責設計實驗方案,計算加樣量和時間點;劉偉則負責具體的濕實驗操作。

劉偉不愧是博五的「資深科研狗」,操作手法嫻熟無比。

「質粒構建,Gibson組裝體係,50度反應15分鐘。」劉偉一邊唸叨著,一邊用移液槍精準地吸取微量的DNA片段。他的手很穩,槍頭懸停在離液麪0.1毫米的地方,輕輕一壓,液體便如絲般滑入。

「轉化感受態細胞,冰浴30分鐘,42度熱激90秒,復甦1小時。」

……

然而,實驗並不總是一帆風順的。

第三天,第一批轉化結果出來了。

「徐神,情況不對。」劉偉拿著培養皿,眉頭緊鎖,「這批菌落長得太慢了。按照你的設計,我們用的是弱啟動子來壓低PFK的表達量。但是現在看來,壓得太狠了,菌體好像……快餓死了。」

徐辰接過培養皿,對著光看了看。確實,上麵的菌落細小如針尖,幾乎看不見。

「不應該啊。」徐辰調出模型資料,「根據奇異攝動理論的計算,35%的活性是臨界點。隻要高於這個值,糖酵解通量應該能維持基本的生存需求。」

「除非……」徐辰的目光突然變得銳利,「除非我們忽略了什麼。」

他迅速開啟電腦,重新檢查了一遍那個龐大的微分方程組。

幾分鐘後,他猛地一拍大腿。

「大意了!我忽略了『滲漏表達』!」

徐辰指著螢幕上的一行引數,有些懊惱地說道:「我用的這個啟動子,雖然理論強度是弱的,但在大腸桿菌的實際環境中,它會有一定的基礎滲漏。也就是說,即使我不加誘導劑,它也會偷偷地表達一點點酶。」

「而在我的模型裡,我假設它是完美的開關。這就導致實際的酶活性比我計算的要高,反而觸發了細胞的負反饋調節,把整個通路給鎖死了。」

徐辰在心裡狠狠地吐槽了自己一句:這就是數學家的傲慢啊。總以為世界是完美的球體,結果現實卻是個坑坑窪窪的土豆。生物係統裡的噪音,有時候比訊號還大。

「那怎麼辦?重做?換個更嚴謹的啟動子?」劉偉問道,手裡已經準備去拿廢液缸了。

「不,不用重做。」徐辰抬手攔住了他,眼神中閃過一絲瘋狂的資料流,「既然它喜歡滲漏,那我們就把滲漏也算進去。給我十分鐘,我修正一下邊界條件。」

徐辰的手指在鍵盤上飛舞,螢幕上的程式碼如瀑布般流下。他並冇有推翻模型,而是引入了一個「噪音項」,將那個不可控的滲漏表達量,強行納入了微分方程的解空間。

「既然關不緊水龍頭,那就計算水滴漏下的頻率,然後……利用它。」

十分鐘後,回車鍵敲響。一個新的數值跳了出來。

「老劉,把誘導劑IPTG的濃度,從0.1mM降到0.005mM。我們做一點『微調』,一點一點地把它的活性逼到那個臨界點上。」

「0.005mM?」劉偉瞪大了眼睛,差點以為自己聽錯了,「這也太低了吧?這跟冇加有什麼區別?這完全是順勢療法的濃度啊!這能行嗎?」

「如果不信數學,我們還有別的選擇嗎?」徐辰反問道,目光灼灼,「如果不靠計算,讓你憑經驗去試,你會試0.005這個濃度嗎?」

劉偉愣了一下,搖搖頭:「不會,正常人起碼從0.05起跳。」

「這就對了。」徐辰指了指腦袋,「生物係統的複雜性就在於它的非線性。那個能開啟寶庫的『芝麻開門』的頻率,往往藏在人類直覺的盲區裡。第一次我大意了,把地圖畫錯了一角。現在地圖修好了,除了跟著地圖走,我們在黑暗中別無他法。」

「相信數學。在混沌的生物係統裡,它是唯一的火把。」

……

調整方案後,實驗繼續進行。

「徐神,這組菌長得有點慢啊,OD600才0.4,是不是誘導劑加多了?要不要補點葡萄糖?」劉偉看著分光光度計的讀數,有些擔憂。

「不,別動。」徐辰盯著電腦螢幕上的模擬曲線,冷靜地說道,「模型顯示這是正常的代謝切換期。細胞正在重組胞內的酶係,適應新的碳通量分配。這是黎明前的黑暗,再等兩小時,OD值會指數級上升。」

徐辰心裡暗道:要是這時候加了葡萄糖,就會觸發『碳分解代謝物阻遏效應』,之前的調控就全白費了。生物學直覺有時候會騙人,就像女人的第六感,雖然準,但偶爾也會把你帶溝裡去。但微分方程不會,它是絕對理性的渣男,隻講邏輯,不講感情。

「老劉,這組樣品的淬滅時間要精確到秒,準備好液氮。我們要捕捉的是胞內代謝物的瞬時濃度。」

「放心,掐表吧。」

……

兩週後,淩晨兩點。

實驗室裡隻剩下高效液相色譜儀(HPLC)發出的低沉嗡嗡聲。這台昂貴的儀器正在分離發酵液中的各種有機酸,並將它們轉化為電訊號。

當最後一組樣品的分析圖譜在螢幕上緩緩繪製出來時,原本困得直打哈欠、手裡還捏著半個麵包的劉偉,突然猛地湊近螢幕,眼珠子瞪得溜圓。

「臥……臥槽?!」

「怎麼了?」徐辰湊過來。

「徐辰,你過來看!」劉偉指著螢幕上那個高聳入雲的特徵峰,聲音都變調了,「這是琥珀酸的峰?你確定冇把標樣當樣品打進去?這峰麵積……都快衝出螢幕了!」

「這就是發酵液的上清。」徐辰走過來,看了一眼保留時間和峰麵積,嘴角微微上揚。

「這產量……比對照組提高了整整50%?!」劉偉難以置信地調出了另一張圖——細胞生長曲線,「最離譜的是,這菌體密度居然跟野生型幾乎一樣?!這不科學啊!」

劉偉轉過頭,像看怪物一樣看著徐辰,手裡抓著滑鼠都在抖。

「這完全違背了代謝工程的常識!你讓馬兒跑,還不讓馬兒吃草?你把碳源都拿去合成產物了,這細菌靠什麼長這麼快?難道你給啟動子施了魔法?還是說這大腸桿菌成精了?」

「不是魔法,是數學。」

徐辰指著圖譜上那幾個不起眼的小峰,那是副產物乙酸和乳酸的峰,此刻它們低得幾乎看不見。

「模型預測,當我們把PFK的活性壓低到38%時,細胞內的代謝流會發生一種奇妙的『分流效應』。原本流向乙酸和乳酸這些『垃圾產物』的碳源被截流了,原本用於無效迴圈的能量被節省下來,正好彌補了合成琥珀酸的消耗。」

劉偉張了張嘴,看著徐辰那張平靜的臉,最後隻憋出一句話:

「服了。以後誰再跟我說生物是實驗科學,我跟誰急。這分明就是算命科學……」

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