研究内容

简介

任何细胞都能对其外界环境的改变作出反应，这是生命现象的基础，而这个信号处理过程是由细胞内的信号网络完成的。当代生物物理的一个重大挑战就是理解这些信号网络的工作机制。为迎接这个挑战，我们结合各种实验和理论手段去寻找一些普遍原理，来解释信号网络的不同架构怎么产生复杂的细胞行为。

以细菌行为为例，我们结合各种光学手段（全内反射荧光TIRF、荧光共振能量转移FRET、激光暗场Laser darkfield、超分辨技术Super-resolution techniques、光镊Optical tweezer）、微流体技术、及分子生物学技术，以及统计物理模型，从分子马达到信号传导网络水平上研究分子与细胞行为。

我们以细菌趋化(chemotaxis)网络和c-di-GMP网络为例，来研究细胞信号网络。对这两种网络的研究不仅有基础科学上的意义，也有应用前景。细菌的运动及趋化(chemotaxis)行为是细菌致病的必要条件之一，对其深入系统的研究有助于开发新的治疗药物。对鞭毛马达的系统研究也有助于将来人造纳米马达的开发和研制。而c-di-GMP网络参与调节细菌的多种关键生理功能, 包括细胞分化、微生物膜（biofilm）形成、致病因子产生等，对其研究有助于开发新的抗生素。

项目

细菌运动行为及生物马达

鞭毛马达是自然界中纳米技术的一个奇迹。我们将以高时间和空间分辨率来系统研究鞭毛马达的行为；并且利用鞭毛马达作为趋化（chemotaxis）信号传导系统的输出，以单细胞精度来研究超长时间下细菌chemotaxis行为。（左下图是高时间和空间分辨的激光暗场装置示意图；右下图是鞭毛马达的切面模型图）

细菌信号传导网络的时间空间动力学性质

以趋化信号传导网络（chemotaxis）和c-di-GMP网络为例，用超分辨手段来研究信号传导网络的空间性质；从输入-输出系统学的角度来研究信号传导网络的时间动力学性质。（下图是趋化信号网络结构示意图）

不同信号网络的架构在行为上的后果

以趋化信号传导网络为例，研究不同网络架构如何影响网络多个输出端的协同性；以c-di-GMP网络为例，研究不同网络架构如何影响细菌的运动行为。（下图是c-di-GMP网络结构示意图）