Programmed population control by cell–cell communication and regulated killing

群体感应 人口 细胞 细胞生物学 生物 程序性细胞死亡 基因 基因表达 计算生物学 生物系统 遗传学 毒力 细胞凋亡 社会学 人口学
作者
Lingchong You,Robert Sidney Cox,Ron Weiss,Frances H. Arnold
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:428 (6985): 868-871 被引量:732
标识
DOI:10.1038/nature02491
摘要

De novo engineering of gene circuits inside cells is extremely difficult, and efforts to realize predictable and robust performance must deal with noise in gene expression and variation in phenotypes between cells. Here we demonstrate that by coupling gene expression to cell survival and death using cell-cell communication, we can programme the dynamics of a population despite variability in the behaviour of individual cells. Specifically, we have built and characterized a 'population control' circuit that autonomously regulates the density of an Escherichia coli population. The cell density is broadcasted and detected by elements from a bacterial quorum-sensing system, which in turn regulate the death rate. As predicted by a simple mathematical model, the circuit can set a stable steady state in terms of cell density and gene expression that is easily tunable by varying the stability of the cell-cell communication signal. This circuit incorporates a mechanism for programmed death in response to changes in the environment, and allows us to probe the design principles of its more complex natural counterparts.
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