細胞生長是生物系統存續的基礎,由細胞內的代謝網絡所支持。為達成高效生長,細胞必須在生物合成與能量消耗間維持均衡。當環境改變時,細胞也會重新調整生長跟代謝以保持生理恆定 (homeostasis)。我們使用實驗,計算模擬和理論的方式來研究生長與代謝的動態變化:
測量代謝物的實時動態在實驗上富有挑戰性。我們結合了微流體培養,生物傳感器 (biosensors),螢光顯微技術與定量影像分析來進行研究。我們發現腺苷三磷酸 (ATP) 的濃度在大腸桿菌中是隨細胞週期變化的,而其週期性的動態還依賴於乙酸發酵 (Lin and Jacobs-Wagner, 2022)。在單細胞尺度下,我們發現 ATP 的變動幅度和細胞生長呈負相關;這也指出了代謝恆定的重要性。未來,我們將探索在基因體擾動與養分變化下各種代謝物的動態調控。我們也有興趣研究微生物群集內細胞互動對代謝的影響。
三腺苷磷酸 (ATP) 在大腸桿菌的實時測量。細胞在微流體線形器材中排成一列。彩圖中每直列代表一個時間點,不同顏色對應不同 ATP 的濃度。在正常指數生長的狀況下,ATP 的濃度在 1 mM 與4 mM 間震蕩變化。
生物系統往往是非線性且遠離平衡態的。了解系統生長與擴張的自然規律是系統生物學、生物物理與生物數學等多個領域的共同目標。使用可縮放流函數 (scalable flux function) 與反應網絡為基礎,我們發展了一個理論框架,並分析了一整類的指數生長系統。我們將古典的均衡生長模型延伸到包含震蕩甚至混沌的生長模式 (Lin et. al., 2020)。未來我們將使用不同領域的概念來分析自催化系統,包括遍歷理論,時延系統,非平衡物理等。
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Principal investigator Wei-Hsiang Lin (林暐翔) |
Single-cell metabolism, microfluidic culture, Autocatalytic theory in dynamical system. |
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Postdoctoral associate Nathan Muyinda (穆英達) |
Theoretical ecology on species coexistence dynamics, intransitive competition, and community growth. |
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Postdoctoral associate Ritwika Mondal (麗薇卡) |
Mathematical Biology on dynamics of species interaction and food web. |
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Master’s level research assistant Agatha Cecila Sihite (西莉亞) |
Studying cell growth and energetics response under metabolic perturbation. |
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Master's level research assistant Udhaya Bala Kanna (吳德亞) |
Studying acetate fermentation and cellular physiology with fluorescence biosensors. |
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Master's level research assistant Hsin-Yao Feng (馮信堯) |
Agent-based modeling in metabolic and population dynamics. |
Updated on Nov 5th.