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第213章 计算生物学研究 四

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    接下来的两周,徐辰和刘伟成了实验室里的「黄金搭档」。
    徐辰负责设计实验方案,计算加样量和时间点;刘伟则负责具体的湿实验操作。
    刘伟不愧是博五的「资深科研狗」,操作手法娴熟无比。
    「质粒构建,Gibson组装体系,50度反应15分钟。」刘伟一边念叨着,一边用移液枪精准地吸取微量的DNA片段。他的手很稳,枪头悬停在离液面0.1毫米的地方,轻轻一压,液体便如丝般滑入。
    「转化感受态细胞,冰浴30分钟,42度热激90秒,复苏1小时。」
    ……
    然而,实验并不总是一帆风顺的。
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    第三天,第一批转化结果出来了。
    「徐神,情况不对。」刘伟拿着培养皿,眉头紧锁,「这批菌落长得太慢了。按照你的设计,我们用的是弱启动子来压低PFK的表达量。但是现在看来,压得太狠了,菌体好像……快饿死了。」
    徐辰接过培养皿,对着光看了看。确实,上面的菌落细小如针尖,几乎看不见。
    「不应该啊。」徐辰调出模型数据,「根据奇异摄动理论的计算,35%的活性是临界点。只要高于这个值,糖酵解通量应该能维持基本的生存需求。」
    「除非……」徐辰的目光突然变得锐利,「除非我们忽略了什麽。」
    他迅速打开电脑,重新检查了一遍那个庞大的微分方程组。
    几分钟后,他猛地一拍大腿。
    「大意了!我忽略了『渗漏表达』!」
    徐辰指着屏幕上的一行参数,有些懊恼地说道:「我用的这个启动子,虽然理论强度是弱的,但在大肠杆菌的实际环境中,它会有一定的基础渗漏。也就是说,即使我不加诱导剂,它也会偷偷地表达一点点酶。」
    「而在我的模型里,我假设它是完美的开关。这就导致实际的酶活性比我计算的要高,反而触发了细胞的负反馈调节,把整个通路给锁死了。」
    徐辰在心里狠狠地吐槽了自己一句:这就是数学家的傲慢啊。总以为世界是完美的球体,结果现实却是个坑坑洼洼的土豆。生物系统里的噪音,有时候比信号还大。
    「那怎麽办?重做?换个更严谨的启动子?」刘伟问道,手里已经准备去拿废液缸了。
    「不,不用重做。」徐辰抬手拦住了他,眼神中闪过一丝疯狂的数据流,「既然它喜欢渗漏,那我们就把渗漏也算进去。给我十分钟,我修正一下边界条件。」
    徐辰的手指在键盘上飞舞,屏幕上的代码如瀑布般流下。他并没有推翻模型,而是引入了一个「噪音项」,将那个不可控的渗漏表达量,强行纳入了微分方程的解空间。
    「既然关不紧水龙头,那就计算水滴漏下的频率,然后……利用它。」
    十分钟后,回车键敲响。一个新的数值跳了出来。
    「老刘,把诱导剂IPTG的浓度,从0.1mM降到0.005mM。我们做一点『微调』,一点一点地把它的活性逼到那个临界点上。」
    「0.005mM?」刘伟瞪大了眼睛,差点以为自己听错了,「这也太低了吧?这跟没加有什麽区别?这完全是顺势疗法的浓度啊!这能行吗?」
    「如果不信数学,我们还有别的选择吗?」徐辰反问道,目光灼灼,「如果不靠计算,让你凭经验去试,你会试0.005这个浓度吗?」
    刘伟愣了一下,摇摇头:「不会,正常人起码从0.05起跳。」
    「这就对了。」徐辰指了指脑袋,「生物系统的复杂性就在于它的非线性。那个能打开宝库的『芝麻开门』的频率,往往藏在人类直觉的盲区里。第一次我大意了,把地图画错了一角。现在地图修好了,除了跟着地图走,我们在黑暗中别无他法。」
    「相信数学。在混沌的生物系统里,它是唯一的火把。」
    ……
    调整方案后,实验继续进行。
    「徐神,这组菌长得有点慢啊,OD600才0.4,是不是诱导剂加多了?要不要补点葡萄糖?」刘伟看着分光光度计的读数,有些担忧。
    「不,别动。」徐辰盯着电脑屏幕上的模拟曲线,冷静地说道,「模型显示这是正常的代谢切换期。细胞正在重组胞内的酶系,适应新的碳通量分配。这是黎明前的黑暗,再等两小时,OD值会指数级上升。」
    徐辰心里暗道:要是这时候加了葡萄糖,就会触发『碳分解代谢物阻遏效应』,之前的调控就全白费了。生物学直觉有时候会骗人,就像女人的第六感,虽然准,但偶尔也会把你带沟里去。但微分方程不会,它是绝对理性的渣男,只讲逻辑,不讲感情。
    「老刘,这组样品的淬灭时间要精确到秒,准备好液氮。我们要捕捉的是胞内代谢物的瞬时浓度。」
    「放心,掐表吧。」
    ……
    两周后,凌晨两点。
    实验室里只剩下高效液相色谱仪(HPLC)发出的低沉嗡嗡声。这台昂贵的仪器正在分离发酵液中的各种有机酸,并将它们转化为电信号。
    当最后一组样品的分析图谱在屏幕上缓缓绘制出来时,原本困得直打哈欠丶手里还捏着半个面包的刘伟,突然猛地凑近屏幕,眼珠子瞪得溜圆。
    「卧……卧槽?!」
    「怎麽了?」徐辰凑过来。
    「徐辰,你过来看!」刘伟指着屏幕上那个高耸入云的特徵峰,声音都变调了,「这是琥珀酸的峰?你确定没把标样当样品打进去?这峰面积……都快冲出屏幕了!」
    「这就是发酵液的上清。」徐辰走过来,看了一眼保留时间和峰面积,嘴角微微上扬。
    「这产量……比对照组提高了整整50%?!」刘伟难以置信地调出了另一张图——细胞生长曲线,「最离谱的是,这菌体密度居然跟野生型几乎一样?!这不科学啊!」
    刘伟转过头,像看怪物一样看着徐辰,手里抓着滑鼠都在抖。
    「这完全违背了代谢工程的常识!你让马儿跑,还不让马儿吃草?你把碳源都拿去合成产物了,这细菌靠什麽长这麽快?难道你给启动子施了魔法?还是说这大肠杆菌成精了?」
    「不是魔法,是数学。」
    徐辰指着图谱上那几个不起眼的小峰,那是副产物乙酸和乳酸的峰,此刻它们低得几乎看不见。
    「模型预测,当我们把PFK的活性压低到38%时,细胞内的代谢流会发生一种奇妙的『分流效应』。原本流向乙酸和乳酸这些『垃圾产物』的碳源被截流了,原本用于无效循环的能量被节省下来,正好弥补了合成琥珀酸的消耗。」
    刘伟张了张嘴,看着徐辰那张平静的脸,最后只憋出一句话:
    「服了。以后谁再跟我说生物是实验科学,我跟谁急。这分明就是算命科学……」
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