细胞控制基因网络图的绘制将带来更好的抗生素和生物治疗手段——
一种用以描绘细胞中所有调控交互作用的新方法将帮助科学家们更好地理解细菌的生命运作机制。美国波士顿大学的研究人员已经在大肠杆菌中进行了新的试验，而今他们计划将该方法应用于从肺炎到生物治疗所有相关的微生物。所获得的图谱将有助于科学家发现研制出更好的抗生素的方法，找到更有效的途径控制放射性废物。
大肠杆菌是在实验操作中经常使用的一种细菌，科学家们已经绘制出关于大肠杆菌调控交互作用的图谱。图中所示，外围环绕的基因都由其所连的中心基因调控。每种调控基因分别控制着1到上百个不同基因的表达。
美国能源部生命基因组计划首席科学家吉姆·弗雷德里克森(Jim Frederickson，上图)说:“如果你对生产乙醇感兴趣并想优化生产流程，那么这种方法可以让你重新设计生物代谢机制从而提高生产效率。它在许多生物技术领域都有应用潜力。”
细菌通过一套复杂精细的网络来感受外界环境并做出反应，这套网络由各种能够“开启”或“关闭”其他基因的基因和蛋白质组成。该网络系统非常复杂，原因在于细菌需要应对诸多的周围环境波动，如来自其他细菌的竞争、食物来源或生存空间的变化等。领导这项工作的是波士顿大学的生物工程学家蒂姆·加德纳(Tim Gardner)，他说:“在大肠杆菌中，超过300种蛋白质直接参与了基因调控，每种蛋白质分别控制着从一个到上百个不同基因的表达。”
对于此类网络的传统研究方法是选择性地干扰一个或数个基因的表达，然后观察细菌行为或对环境反应的变化。加德纳说:“我们想找出一种更加有效的方法来判断这些控制单元是如何构建的。”在过去几年里，科学家们构建了一个关于大肠杆菌基因信息的巨大数据库。他们使用特殊的芯片记录细菌处于不同环境时(如饥饿、食物富余、低氧或接触各种化学物质时)的上千种基因表达的变化。加德纳和他的团队开发了一种计算程序对此类数据进行分析，从而分辨出在同一种环境条件下表达发生相似变化的基因，这些基因可能是同一个调控通路的组成部分。
最终他们获得了一张巨大的图谱，确定了1000多条存在于大肠杆菌中的调控通路，研究结果发表于美国《科学公共图书馆·生物学》。其中有300种调控通路已被标准实验方法确认，证明该计算程序可以准确地预计这些调控交互作用。
沙雷菌能够将可溶的放射性铀转化为无毒的沥青铀矿
“这是一项重要的进展，向着大肠杆菌调控通路全图谱的绘制迈出了有趣的一步，”波士顿东北大学的微生物学家金姆·刘易斯(Kim Lewis)说，“但其重要性可能主要在于该计算程序在其他细菌中的应用，如人类病原菌，在某些方面我们的认知还非常有限。”加德纳和他的同事正在绘制一张关于绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)的调控图谱，这种细菌会使感染者产生囊肿性纤维化，并极易对免疫系统和抗生素产生抵抗力。研究者们希望对其抗生素耐药性调控通路的理解有助于研发出更好的药物。
同时，他们也在绘制沙雷菌(Shewanella oneidensis)的图谱，这种细菌可以产生电流。正常情况下它们只能产生微小的能量，现在改变其某个基因从而增加产率的努力似乎取得了一点成效。加德纳说:“我们希望，这张图谱能够为我们提示如何增加现有产率的关键。”
在美国能源部，弗雷德里克森正在对沙雷菌处理环境污染物的功能进行研究。在有氧环境下，沙雷菌能够将重金属或放射性废物转变成不易扩散的化合物形式。研究结果最终将可以帮助美国环保署对那些有害垃圾进行清除。