据physorg网站2007年5月15日报道，盘旋、回旋、8字形以及翻筋斗——致力于研究李斯特菌(LM)运动的生物学家感觉这些运动轨迹与李斯特菌存在一定的联系，但他们却找不到很好的方法对其适合什么样的轨迹进行定义。美国国家科学院期刊(PNAS)在线出版的一种简单的引人注目的新数学描述仅利用一对方程式和两个关键变量就再现了所有的形状。除了有助于鉴别细菌突变异种外，这种方程式还能间接表明哪一种机理能够驱动这一运动。
去年冬天，布朗大学工程学副教授维威克·谢诺伊与斯坦福大学医学院副教授朱莉·特里奥特共同参加了由加州理工学院罗布·菲利普斯发起的生物物理学“训练营”。特里奥特主要研究由疾病引起的细菌——李斯特菌，这种细菌通过控制一个被感染细胞的肌动蛋白网络来获得驱动自己的动力。置身于肌动蛋白纤维网络中的这种细菌通过不断在其末端增加肌动蛋白分子的方法来推进自己向前运动，并在后面留下一种肌动蛋白尾巴，从而表明其运动轨迹。
当谢诺伊从显微镜载片的二维世界里一看到特里奥特所研究的李斯特菌运动轨迹时，他就对此表现出了浓厚的兴趣。一些细菌形成的是圆形、一些细菌形成的则是正弦曲线，还有一些形成的轨迹就像四叶苜蓿形立体交叉公路。他认为，这些圆形很容易解释。如果一股肌动蛋白丝只偏离中心一点的话，那细菌就会绕圆形轨迹运动，这跟一个游泳者拼命划动一边的效果一样。
经过更多的思考，他又对正弦曲线作出了解释。假设偏离中心的点围绕运动的轴心旋转，“当它更用力推动右边时，细菌就会朝左边移动；当它更用力推向中心的左边时，细胞就会向右边移动。如果细菌向前的速度快于沿圆形曲线运动的速度，这样就会出现一种突然转向现象。”
随着谢诺伊设计出数学的方法来描述这类运动，结论也日趋明朗。经过反复的思考，利用相同的方程式能够对他们此前所观察到的8字形、苜蓿叶形立体交叉以及其他翻筋斗形轨迹进行描述。事实上，几乎每次他们记录下一种新的形状，他们都发现其适用于这种方程式。利用一种能够清晰预见观测的方程式可以进行许多大胆的尝试，但数学描述与生物机制却是完全不同的。谢诺伊称：“如果我们能够这样理解事情，即认为像这样的现象是一种更为简单的设置的话，那么我们就能利用这些理解来研究更为复杂的现象。”
当该研究小组对他们所观察到的这种运动作出充分解释时，谢诺伊的方程式能够限制一些可能性，排除那些既不能产生圆形又不能构成运动的旋转组成的机理。
通过仅有两个变量，即偏距和前进运动相关的角度，他们能够再现他们所观察到的每一条轨迹，那些由特里奥特提出的突变异种细菌产生的轨迹除外。突变异种是完全不同的。它们会产生滑出的轨迹，而不是大多数细菌产生的那种优美的曲线。
特里奥特称：“人类的视觉皮层非常擅长于观察图案。这给了我们一种量化分析框架，以提出此前我们只能用定性方法研究的那些问题。”他还指出，能够搞清楚这些突变异种的不同之处是很有价值的。因为通常情况下，它们的传染性要小于正常的李斯特菌。一旦李斯特菌侵袭一个宿指细胞，它利用肌动蛋白机理在细胞间移动，而不将自己暴露给生物机细胞外的免役系统。拥有不完善运动机理的细菌侵袭相邻细胞的能力要比正常细菌弱得多。
英文原文链接参见：
http://www.physorg.com/news98462061.html
作者：
2007-5-19