Переосмысление поведения выбора метаболизма сахаров у бактерий

Качественный анализ при микроскопии бактерий часто затруднен разнообразными морфологиями клеток, гетерогенностью популяции и необходимостью специализированной компьютерной экспертизы. Чтобы решить эти проблемы, представляется mAIcrobe — открытая платформа, которая расширяет доступ к современному анализу изображений бактерий, интегрируя набор моделей глубокого обучения. mAIcrobe включает несколько алгоритмов сегментации, таких как StarDist, CellPose и U-Net, наряду с комплексной морфологической профилизацией и адаптивным классификатором нейронной сети, все это в экосистеме napari. Эта единая платформа позволяет анализировать широкий спектр бактериальных видов, от сферических Staphylococcus aureus до палочковидных Escherichia coli, в различных микроскопических методах в одной среде. Биологическая полезность mAIcrobe демонстрируется через его применение к антибиотикофенотипированию в E. coli и выявлению дефектов клеточного цикла в мутантах DnaA S. aureus. Модульный дизайн, поддерживаемый Jupyter notebooks, облегчает разработку пользовательских моделей и расширяет возможности анализа изображений на основе искусственного интеллекта для широкой микробиологической аудитории. Основываясь на основании, установленном eHooke, mAIcrobe представляет собой значительный шаг вперед в автоматизированной и воспроизводимой микроскопии бактерий.

Бифидобактерии являются распространёнными членами микробиоты кишечника человека и ассоциированы со здоровьем хозяев. Подвид () присутствует у людей разных возрастов и может использовать разнообразные углеводы растительного происхождения, включая ксилоолигосахариды (Кос), которые не перевариваются человеком. В данной работе мы показываем, что использование Кос зависит от штамма среди членов . В NCIMB 8809 рост на Кос индуцировал транскрипцию генов, кодирующих три гликозидные гидролазы (XouA, XouB и XouC), а также соседних генов (), предсказанных как кодирующие систему захвата углеводов типа ABC. Биохимические анализы продемонстрировали, что XouA и XouC являются β-ксилозидазами, в то время как XouB является α-арабинозидозой. Эксперименты по нарушению и комплементации генов показали, что XouA и система захвата XouDEF необходимы для роста на Кос. Таким образом, эти результаты определяют генетические и ферментативные основы использования Кос в и подчеркивают, как вариации на уровне штаммов в метаболизме углеводов могут информировать о разработке целенаправленных пре- и синбиотических стратегий для улучшения здоровья кишечника.

Хиральные паттерны наблюдаются в различных процессах, от завихрений колоний бактерий до морфогенеза тканей и организации цитоскелета, однако физические механизмы, лежащие в основе хирального движения клеток, остаются недостаточно изученными. Исходя из экспериментов, демонстрирующих направленный уклон в круговом движении ограниченных клеток, мы используем инструменты анализа динамических систем с компьютерным моделированием для определения минимальных внутренних и внешних механизмов, способных генерировать устойчивую смещенную миграцию. Рамки динамических систем выявляют общий организующий принцип: направленный уклон возникает через изменения стабильности и/или бассейнов притяжения по часовой стрелке и против часовой стрелки. Мы находим четыре различных пути к такому уклону. Во-первых, внутренний крутящий момент в поляризованном цитоскелете может быть пространственно интегрирован, чтобы производить смещенное круговое движение. Во-вторых, анизотропное трение клетки о подложку может создавать предпочтение направления, когда сниженное трение вдоль оси полярности связано с направленным смещением. В-третьих, хиральный ответ на выравнивание стенки также может производить устойчивое предпочтение направления. Наконец, узоры подложки, которые нарушают зеркальную симметрию, такие как правосторонние или левосторонние гребни и впадины, также могут смещать вращательное направление. В совокупности эти механизмы дают четкие, подлежащие испытанию предсказания и предлагают объединяющее направление для экспериментального изучения клеточной хиральности и разработки синтетических систем с программируемым хиральным движением.

Улучшение качества мяса при добавлении селена (Se) хорошо задокументировано; однако эффекты и основные механизмы, с помощью которых дрожжи, обогащенные селена, модифицируют качество мяса, остаются неясными. Целью этого исследования было изучить влияние дрожжей, обогащенных селена, на качество мяса и его молекулярные характеристики у откормленных свиней. Все свиньи получали диету с дефицитом Se (SeD) или ту же диету, обогащенную 0,3, 1, 3 или 5 мг Se/кг (контроль, SY1, SY3 и SY5). По сравнению с SeD добавление дрожжей, обогащенных селена, особенно SY3, улучшило оценку мраморности, содержание внутримышечного жира, антиоксидантную емкость и состав жирных кислот в мышце LD (P < 0,05). Липидомный анализ показал, что добавление дрожжей, обогащенных селена, изменило количество различных липидных видов, в то время как транскриптомный анализ показал значительное обогащение путей, связанных с метаболизмом ненасыщенных жирных кислот и глицерофосфолипидов (P < 0,05). Интегрированные анализы далее идентифицировали метаболизм глицерофосфолипидов как ключевой путь, связанный с основными липидами, включая фосфатидилхолин (PC) и фосфатидилэтаноламин (PE), наряду с регуляторными генами глицерол-3-фосфат ацилтрансферазы 3 (GPAT3) и декарбоксилазы фосфатидилсерина (PISD). Корреляционный анализ показал, что стеарил-КоА дезатураза (SCD), удлинение белка очень длинных цепочек жирных кислот 4 (ELOVL4) и GPAT3 играют решающую роль в синтезе липидов. Добавление дрожжей, обогащенных селена, в количестве 3 мг/кг улучшило качество мяса, в первую очередь за счет регуляции метаболизма глицерофосфолипидов, повышения стабильности мембраны и липидного гомеостаза. Эти результаты предоставляют механистические сведения о роли дрожжей, обогащенных селена, и подчеркивают их потенциал как эффективной кормовой добавки для улучшения качества мяса у откормленных свиней.

Продуктивность антител и качество гликозилирования в культурах CHO возникают из динамически меняющейся метаболической среды, однако модели часто работают в изоляции или на одном уровне. В данной работе мы представляем мультимасштабную механистическую модель, связывающую молекулярный, клеточный и процессный уровни, для предсказания того, как входные параметры формируют траектории биопроцессов. Основой модели является кинетическая модель на уровне одной клетки, которая связывает метаболические и гликозилирующие сети, управляющие выходом и критическими качественными характеристиками (CQA). Стохастическая модель одной клетки описывает зависящие от окружающей среды переходы между ростом, производством и упадком, учитывая гетерогенность популяции. Мы также вводим накопительное изменение скорости поглощения кислорода, интегрируя общее метаболическое изменение со временем, как компактный биомаркер для предсказания метаболических изменений. В отличие от подходов, основанных на среднем по популяции, модель передает метаболические состояния с разрешением на уровень клеток (включая pH Гольджи, регулируемое аммиаком, доступность нуклеотидных сахаров, марганцевые кофакторы и скорость синтеза) в процесс гликозилирования. Модель была оценена на культурах CHO-K1, производящих VRC01 IgG1 при целевом стрессе от аммиака, в условиях контроля и с использованием стратегии пирамидальной подачи с более строгим контролем. Она точно предсказывает траектории плотности клеток, метаболитов, продуктивности и гликозилирования, включая увеличение G0F и снижение галактилирования при стрессе от аммиака, и количественно оценивает, как метаболическая гетерогенность влияет на изменчивость продуктивности и CQA. Эта работа предоставляет единое основание для предсказательной биопроизводства и продвинутого управления процессами.

Социабельность по отношению к людям является ключевым адаптивным признаком у бродячих собак, позволяющим им получать ресурсы, сталкиваясь с рисками, связанными с взаимодействием с человеком. В этом исследовании мы проверили, влияет ли оперантное обуславливание на социабельность индийских бродячих собак и обобщаются ли приобретенные ответы на незнакомых людей. Мы экспериментально подвергли 58 групп собак либо положительному, либо угрожающему сигналу в течение пяти последовательных дней и оценили их поведение, используя пропорцию подходов, латентность подхода и манеру поведения на протяжении повторных взаимодействий с знакомым экспериментатором, после чего провели тест с незнакомым человеком. Используя байесовские обобщенные линейные смешанные модели, мы обнаружили, что тип сигнала и повторное воздействие существенно влияют на социабельность. Собаки, подвергшиеся положительному сигналу, показали увеличение поведения подхода и снижение латентности подхода с течением времени, наряду с увеличением аффилиативной манеры. В отличие от этого, собаки, подвергшиеся угрожающим сигналам, продемонстрировали снижение поведения подхода, увеличение латентности подхода и изменение в сторону нейтральных и менее аффилиативных ответов на протяжении дней. Важно отметить, что положительные сигналы частично обобщались на разных особей, так как собаки показали увеличенный подход к незнакомому экспериментатору, хотя это сопровождалось колебанием в подходе. В противовес этому, угрожающие сигналы не обобщались аналогичным образом; собаки не сократили свой подход к незнакомым людям, но показали увеличенную латентность подхода, что указывает на повышенную осторожность. Наши результаты демонстрируют, что оперантное обуславливание играет ключевую роль в формировании взаимодействий между собаками и людьми, с асимметричным обобщением положительных и угрожающих опытов.