Behavioral Variability and Phenotypic Diversity in Bacterial Chemotaxis.
Behavioral Variability and Phenotypic Diversity in Bacterial Chemotaxis.
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DOI：
10.1146/annurev-biophys-062215-010954
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发表时间：
2018-05-20
影响因子：
12.4
通讯作者：
Emonet T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Waite AJ;Frankel NW;Emonet T
活细胞利用受随机波动影响的信号通路检测和处理外部信号。这些变异导致个体细胞的行为随时间波动（行为变异性），并在遗传相同的个体之间产生表型差异（表型多样性）。这两种噪声源降低了我们预测生物行为的能力，因为它们使细胞对相同信号的反应多样化。在这里，我们回顾了最近的实验和理论进展，了解大肠杆菌趋化性的信号转导和行为的一个很好理解的模型，这种变化的机制起源和功能后果。在简要概述了趋化系统的结构和逻辑之后，我们讨论了单个细胞的行为和趋化性能的决定因素。然后，我们回顾了细胞间蛋白质丰度的差异如何映射到个体趋化能力的差异上，以及表型变异如何影响群体的表现。最后，我们提出了有待未来研究解决的开放性问题。
Living cells detect and process external signals using signaling pathways that are affected by random fluctuations. These variations cause the behavior of individual cells to fluctuate over time (behavioral variability) and generate phenotypic differences between genetically identical individuals (phenotypic diversity). These two noise sources reduce our ability to predict biological behavior because they diversify cellular responses to identical signals. Here, we review recent experimental and theoretical advances in understanding the mechanistic origin and functional consequences of such variation in Escherichia coli chemotaxis—a well-understood model of signal transduction and behavior. After briefly summarizing the architecture and logic of the chemo-taxis system, we discuss determinants of behavior and chemotactic performance of individual cells. Then, we review how cell-to-cell differences in protein abundance map onto differences in individual chemotactic abilities and how phenotypic variability affects the performance of the population. We conclude with open questions to be addressed by future research.
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