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(xué)家 Jacques Monod 給細(xì)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(jié)果看到了兩類不同的現(xiàn)象：對某一些食物組合（比麥芽糖和蘋果酸），細(xì)菌兩種同時吃，而對另一些組合（比如葡萄糖和乳糖），細(xì)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 Fran?ois Jacob 一道，找出了細(xì)菌在有葡萄糖和乳糖的情況下只吃葡萄糖的分子機(jī)制—乳糖操縱子：在這兩種糖都存在的時候，細(xì)胞不會去表達(dá)運(yùn)輸和消化乳糖的相關(guān)基因，并獲得了 1965 年的諾貝爾生理學(xué)獎?？墒菫槭裁醇?xì)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(xué)湯超教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的這一套進(jìn)食策略能夠使它們最優(yōu)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(jìn)而面臨被淘汰的危險。結(jié)合代謝網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣骱图?xì)胞內(nèi)蛋白資源的優(yōu)化分配，研究團(tuán)隊的理論模型定量的解釋了細(xì)菌面對多種碳源的進(jìn)食策略。在兩類碳源同時被細(xì)菌消耗的情況下，模型預(yù)測并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了細(xì)菌內(nèi)不同氨基酸上的碳原子來自兩種碳源的比例。這個例子進(jìn)一步說明了在看似復(fù)雜的生命現(xiàn)象中，存在簡潔的原理與定量的規(guī)律。

相關(guān)文章發(fā)表在《自然 - 通訊》雜志上。北京大學(xué)定量生物學(xué)中心 2010 級王欣博士（現(xiàn)為哈佛醫(yī)學(xué)院博士后研究員）和生命中心 2018 級博士生夏康為該論文的共同第一作者，楊曉靜助理研究員參與工作。

摘自：360生物

來源： 生命科學(xué)聯(lián)合中心 / 作者： 湯超