Shaping bacterial population behavior through computer-interfaced control of individual cells.
Shaping bacterial population behavior through computer-interfaced control of individual cells.
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DOI：
10.1038/s41467-017-01683-1
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发表时间：
2017-11-16
影响因子：
16.6
通讯作者：
Guet CC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chait R;Ruess J;Bergmiller T;Tkačik G;Guet CC
群体中的细菌个体不同，并与其他细菌和环境相互作用，以产生群体水平的基因表达模式。详细调查这种行为需要在单细胞水平上测量和控制种群，以及精确指定的相互作用和环境特征。在这里，我们提出了一个自动化的，可编程的平台，结合基于图像的基因表达和生长测量与在线光遗传学表达控制数百个单独的大肠杆菌细胞在几天内，在一个动态可调的环境。这个集成平台广泛地支持连接个体和群体行为的实验。我们证明：（i）通过许多单个细胞中基因表达的独立闭环控制进行群体结构化，（ii）抗生素扰动期间的细胞-细胞变异控制，（iii）单细胞中的混合生物数字电路，以及单个细菌之间可自由指定的数字通信。这些例子展示了理论模型与许多单个细胞的测量和控制的实时集成的潜力，以研究和设计微生物种群行为。单个细菌相互作用并与环境相互作用，产生群体水平的基因表达模式。在这里，作者使用一个自动化平台结合光遗传学反馈，通过动态控制单个细胞来操纵群体行为。
Bacteria in groups vary individually, and interact with other bacteria and the environment to produce population-level patterns of gene expression. Investigating such behavior in detail requires measuring and controlling populations at the single-cell level alongside precisely specified interactions and environmental characteristics. Here we present an automated, programmable platform that combines image-based gene expression and growth measurements with on-line optogenetic expression control for hundreds of individual Escherichia coli cells over days, in a dynamically adjustable environment. This integrated platform broadly enables experiments that bridge individual and population behaviors. We demonstrate: (i) population structuring by independent closed-loop control of gene expression in many individual cells, (ii) cell–cell variation control during antibiotic perturbation, (iii) hybrid bio-digital circuits in single cells, and freely specifiable digital communication between individual bacteria. These examples showcase the potential for real-time integration of theoretical models with measurement and control of many individual cells to investigate and engineer microbial population behavior. Individual bacteria interact with each other and their environment to produce population-level patterns of gene expression. Here the authors use an automated platform combined with optogenetic feedback to manipulate population behaviors through dynamic control of individual cells.
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影响因子：
2.7
作者：
Hindmarsh, AC;Brown, PN;Woodward, CS
通讯作者：
Woodward, CS
大肠杆菌K-12的构造框架，单基因敲除突变体：Keio Collection。
影响因子：
9.9
作者：
通讯作者：
--
影响因子：
64.8
作者：
通讯作者：
--
DOI：
10.1073/pnas.0801826105
发表时间：
2008-07-15
影响因子：
11.1
作者：
Hirose, Yuu;Shimada, Takashi;Ikeuchi, Masahiko
通讯作者：
Ikeuchi, Masahiko
影响因子：
64.5
作者：
Holtz, William J.;Keasling, Jay D.
通讯作者：
Keasling, Jay D.