连续培养中的基因调控：细菌与酵母的统一理论

在两种生长限制底物的混合物上进行分批生长时，微生物会顺序或同时消耗这些底物。这些生长模式存在于所有类型的细菌和酵母中。这些模式的普遍性表明，它们是由所有微生物物种共有的普遍机制驱动的。在先前的工作中，我们表明，仅考虑酶诱导和稀释的最小模型可以解释在各种野生型和突变/重组细胞的分批培养中观察到的表型。在此，我们考察将该最小模型扩展至连续培养的情况。我们表明：(1) 通常归因于特定调控机制（如分解代谢物阻遏）的几种酶学趋势，完全可以由稀释作用来解释。(2) 连续培养最小模型的分岔图对任意给定稀释率和进料浓度下的底物消耗模式进行了分类，为分批培养和连续培养中观察到的生长模式之间的经验相关性提供了精确解释。(3) 模型的数值模拟与数据吻合极好。该模型捕捉了在不同稀释率和进料浓度下，细菌和酵母在单底物和混合底物生长过程中稳态底物浓度、细胞密度和酶水平的变化。(4) 这种变化可以通过简单的解析表达式很好地近似，从而为连续培养的稳态提供物理见解。该最小模型为量化调控机制的影响提供了一个框架。我们通过分析文献中的几个数据集对此进行了说明。