Transient drift of Escherichia coli under diffusing Step nutrient profile
细菌如大肠杆菌（E.大肠杆菌）如果保持在空间上不均匀的化学环境中，则表现出偏置运动。在这里，我们提出了独特的时间依赖性的细菌趋化性的特点，在响应扩散的空间步骤配体配置文件。实验获得的漂移速度的时间特性与理论和蒙特卡罗模拟为基础的估计进行了比较，并可以得到很好的协议。这些结果为细菌漂移的时间响应方面带来了新的见解，在理解它们的迁移动力学方面具有深远的影响，这些迁移动力学通过向食物分子的最高浓度游泳来寻找食物，或者逃离毒药，以及更好地理解某些传染病的治疗反应特征。
2018-06-09 physics.bio-ph q-bio.CB
Characterization and Control of the Run-and-Tumble Dynamics of {\it Escherichia Coli}
本研究利用更新过程表征大肠杆菌种群的“奔跑-翻滚”时空步态，实现工程菌株持久长度的化学调控及游动模式转变，并首次定量关联野生型菌株的微观运动与宏观扩散。
2022-12-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Study of the Effects of High-Energy Proton Beams on Escherichia Coli
抗生素耐药细菌感染成为当今公共卫生保健最严重的风险之一。然而，令人沮丧的是，在过去十年中，新抗生素的开发进展甚微。因此，迫切需要寻找治疗耐药菌的替代方法。新的方法，其中包括光热疗法的基础上的金纳米材料和电离辐射，如X射线和γ射线，已被报道。高能质子辐射对细菌的影响研究主要集中在芽孢杆菌及其芽孢上。研究了质子束对大肠杆菌（Escherichia coli，E.大肠杆菌）的报道有限。大肠杆菌是获取代谢和遗传信息的重要生物学工具，也是研究毒性和抗菌活性的常用模式微生物。此外，E.大肠杆菌是哺乳动物肠道内常见的细菌。本文对E.大肠杆菌的质子辐照。细胞的稀释溶液用于质子束辐射。LB琼脂平板用于计数形成的菌落数。通过600 nm处的光密度监测细胞的生长曲线。光学显微镜下观察细胞形态学变化。微阵列分析检测辐照样品和未辐照对照样品之间的基因表达变化。
2015-07-17 physics.bio-ph q-bio.BM
Escherichia coli activity characterization using a laser dynamic speckle technique
应用激光动态散斑技术表征细菌活性的结果。在双室培养皿中检测斑点活性。一个隔室接种，另一个隔室作为空白对照。用最近报道的时间差分法对散斑图像进行了处理。测试了0.3、0.5和0.7 McFarland单位细胞浓度的三种接种物;每种接种物测试两次，共进行六次实验。计算接种隔室和空白的平均活性、活性标准差和斑点图案演变的其他描述符对时间的依赖性。总之，所提出的动态散斑技术允许表征大肠杆菌细菌在固体介质中的活性。
2012-09-15 physics.bio-ph physics.optics
Min-protein oscillations in Escherichia coli with spontaneous formation of two-stranded filaments in a three-dimensional stochastic reaction-diffusion model
我们引入了一个三维随机反应扩散模型来描述大肠杆菌中的MinD/MinE动力学结构。该模型自发地产生膜相关MinD蛋白、MinE环以及膜相关MinD蛋白的细丝的极到极振荡。实验数据表明MinD细丝是双股的。为了模拟它们，我们假设每个膜相关的MinD蛋白可以与相邻的膜相关的MinD分子形成多达三个键，MinE诱导的水解强烈依赖于MinD建立的键数。
2006-02-14 physics.bio-ph q-bio.OT q-bio.SC
Biophysical characterization of membrane phase transition profiles for the discrimination of Outer Membrane Vesicles (OMVs) from Escherichia coli grown at different temperatures
动态光散射（DLS）、小角X射线散射（SAXS）和透射电子显微镜（TEM）是广泛用于表征囊泡（如脂质体或人细胞外囊泡（外来体））的形态和结构的物理技术。细菌细胞外囊泡在大小上与人类外泌体相似，尽管它们的功能和膜性质尚未像外泌体那样详细阐明。在这里，我们应用上述技术，协同使用浊度技术的囊泡脂质膜的热力学表征的革兰氏阴性细菌（外膜囊泡，OMV）在不同温度下生长产生的囊泡的研究。这项研究表明，我们的组合方法是有用的，以区分不同来源的囊泡或来自不同的实验条件下培养的细菌。我们设想，在不久的将来，我们的工作中采用的技术将进一步实施，以区分复杂的混合物的细菌囊泡，从而显示出巨大的前景，为生物医学或诊断应用。
2019-11-28 physics.bio-ph
Effect of receptor clustering on chemotactic performance of Escherichia coli: sensing versus adaptation
我们展示了传感和适应之间的竞争如何导致大肠杆菌趋化性的性能峰值，在一个详细的理论模型中使用广泛的数值模拟。受体聚集放大了来自配体结合的输入信号，这增强了趋化效率。但是，由于星系团的数量减少，大星系团也会引起总活动的大幅波动。这种活动以及由此产生的翻滚运动现在由甲基化水平控制，甲基化水平是适应模块的一部分，而不是配体结合。这降低了趋化效率。
2021-03-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
Min-oscillations in Escherichia coli induced by interactions of membrane-bound proteins
在分裂过程中，细胞正确地确定分裂位点是至关重要的。大肠杆菌在中间分裂，产生两个大小相等的子细胞。选择中心作为正确的分裂位点部分是通过Min蛋白实现的。它们在两个细胞极之间振荡，从而防止在这些位置分裂。在这里，这些振荡的现象学描述，在细胞膜上的蛋白质之间的横向相互作用发挥了关键作用。动态方程的解决方案进行了比较，实验结果。特别是，振荡的时间周期被测量为细胞长度的函数，并发现与理论预测是兼容的。
2005-04-13 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Rotational tumbling of Escherichia coli aggregates under shear
利用实时原位流变学和流变成像测量研究了大肠杆菌细菌的生长活培养物。在生长的早期阶段（滞后期），当受到恒定的静态剪切时，粘度随着细胞的数量缓慢增加。当细菌达到生长的指数期时，粘度迅速增加，具有突然和暂时的突然降低和恢复。在某一阶段，大体上对应于生长的后期，当种群稳定时，粘度也保持其最大恒定值，并在很长一段时间内下降和恢复。这种复杂的流变行为，这是观察到的剪切应变依赖性，是两个耦合效应的结果：细胞密度的连续增加和其不断变化的相互作用的性能。特别注意E.在剪切下的大肠杆菌群体。流变成像测量显示，在静态板附近，E。大肠杆菌聚集，共同翻滚并在剪切方向上流动。为了解释这种行为，我们引入了一个简单的理论模型，在该模型中，单个细胞由流动运输，但仍然刚性地附着在聚集体的其他细胞上。
2016-10-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Confocal micro-Raman Spectra of untreated and lethally treated Escherichia coli exposed to UV-B and violet light
我们报告的变化，在拉曼光谱的活土方ichi大肠杆菌（大肠杆菌），导致暴露于致命的能量密度的300 nm（UV-B）和405 nm（紫）的光子。在第一种情况下，4.13 eV的每光子能量足以破坏细菌中的大部分原子间键，并且观察到拉曼光谱的主要变化，特别是在RNA/DNA区域。该能量与连接磷酸根骨架部分的C-H、N-H和P-O键结合能接近共振，并可能引发拉曼修饰。相比之下，3.06 eV的紫光子能量不足以裂解较强的系统键。在这种情况下所需的大得多的致死通量在共振C-N和C-P键连接的氨基酸/蛋白质基团和脂质峰信号中产生显著变化，但在核苷酸-DNA/RNA特征中的变化要小得多。
2017-01-06 physics.bio-ph physics.chem-ph
Single-molecule imaging of DNA gyrase activity in living Escherichia coli
细菌DNA促旋酶将负超螺旋引入染色体DNA，并松弛通过复制和瞬时转录引入的正超螺旋。这些正超螺旋的去除对于复制叉进展和两个双链DNA链的整体解链以及持续的转录是必不可少的。为了解决促旋酶如何应对这些拓扑挑战，我们在活大肠杆菌细胞中使用了高速单分子荧光成像。我们证明，在任何时候，至少有300个促旋酶分子稳定地结合到染色体上，每个复制叉附近富集了约12种酶。捕获的反应中间体与环丙沙星显示进行催化配合物。2秒的停留时间被观察到的分散的促旋酶分子，我们建议保持稳定状态的负超螺旋的染色体水平。相比之下，复制体近端分子的停留时间约为8秒，这与这些在进行中的复制体前面催化进行性正超螺旋松弛一致。
2018-11-02 physics.bio-ph q-bio.BM
Isotropic diffusion of the small ribosomal subunit in Escherichia coli
核糖体是活细胞中最重要的大分子复合体之一。我们在指数生长的大肠杆菌中追踪了单个30 S核糖体亚基。大肠杆菌细胞使用三维单粒子跟踪，其中z位置估计使用散光。用S2-mEos 2取代E.大肠杆菌染色体的rpsB-mEos 2。跟踪的空间精度在xy上为20 nm，在z上为70 nm。平均轨迹由4个步骤组成，对应于80 ms。这些轨迹从细胞的部分中排除，与类核排除一致，并显示各向同性扩散，在x、y和z方向上具有几乎相同的表观扩散系数（0.05 +/- 0.01 um^2/s）。跟踪数据很好地符合双态扩散模型，其中46%的分子以0.02 um^2/s的速度扩散，54%的分子以0.14 um^2/s的速度扩散。这些状态可能对应于翻译70 S核糖体和游离30 S亚基。
2012-06-13 physics.bio-ph q-bio.QM
Effect of switching time scale of receptor activity on chemotactic performance of Escherichia coli
在大肠杆菌的趋化运动中，跨膜化学感受器在活性和非活性状态之间的转换是信号通路中最重要的步骤之一。我们研究了这种切换时间尺度对细胞趋化性能的影响。我们通过细胞的趋化漂移速度来量化性能。我们在详细的理论模型上进行了大量的数值模拟，结果表明，随着活动切换率的增加，漂移速度增加，然后饱和。我们的数据还显示，下坡运行的平均持续时间随着切换率的增加而急剧减少，而上坡运行的平均持续时间则相对缓慢地减少。我们解释了这种效果的时间变化的活动沿上坡和下坡的轨迹。我们发现，对于大的和小的切换率的性质的活动变化显示沿下坡运行，但类似的行为沿上坡运行定性不同的行为。这导致下坡运行持续时间对切换速率的更强的依赖性和上坡运行持续时间的相对较弱的依赖性。
2022-08-17 physics.bio-ph q-bio.CB
To cross or not to cross: collective swimming of Escherichia coli under two-dimensional confinement
大量流体中的细菌集体游动，并显示出迷人的涌现动力学。虽然细菌集体游泳的三维（3D）的几何形状已经得到了很好的研究，其对应的限制二维（2D）的几何形状相关的自然栖息地的细菌仍然知之甚少。在这里，通过精心设计的实验大肠杆菌在Hele-Shaw室，我们表明，一个小的变化程度的限制导致细菌集体游泳的急剧变化。虽然在相遇过程中可以交叉的细菌会出现长程极序，但腔室高度的略微降低会阻止交叉，导致形成短程极序的细菌簇。通过跟踪单个细菌的游泳动力学，我们揭示了这两个集体阶段的微观起源。我们的研究提供了重要的见解限制下的细菌集体游泳，并展示了一种方便的方法来控制集体阶段的涌现对称性。
2021-11-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Motility of \textit{Escherichia coli} in a quasi-two-dimensional porous medium
细菌通过密闭空间的迁移对于几种现象至关重要，如：生物膜形成，土壤中的细菌运输和细菌抗癌治疗。在目前的工作中，\textit{E. coli}（菌株K12-MG 1655 WT）的运动特性，通过记录和分析单个细菌的轨迹在模拟准二维多孔介质。通过在载玻片和盖玻片之间封闭与均匀的2.98 $μm$球形乳胶颗粒混合的细菌培养物样品来模拟多孔介质。通过改变胶乳颗粒浓度来控制介质的孔隙率。通过统计分析轨迹参数，如：瞬时速度和转向角，以及均方位移，我们能够量化不同乳胶颗粒浓度对细菌运动性的影响。为了更好地理解我们的结果，细菌的轨迹进行了模拟的现象学随机行走模型（开发专案），并与实验结果进行了比较。
2016-07-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Structure and function of Enterotoxigenic Escherichia coli fimbriae from differing assembly pathways
致病性产肠毒素大肠杆菌（ETEC）是发展中国家幼儿和旅行者腹泻的主要细菌原因，导致儿童死亡率很高。粘附菌毛是ETEC的主要毒力因子，启动小肠上皮的定植。与其他革兰氏阴性菌相似，ETEC表达一种或多种多样的菌毛，一些通过伴侣-引导途径组装，另一些通过替代伴侣途径组装。在这里，我们阐明结构和生物物理方面和适应每个菌毛类型，其各自的主机生态位。将CS20菌毛与CFA/I菌毛（两种ETEC菌毛通过不同途径组装而成）以及来自尿路致病性E.杆菌许多菌毛在力的作用下从它们的天然螺旋丝展开成延伸的线性构象，从而通过减少细菌和靶细胞之间接触点处的负荷来维持粘附。CFA/I菌毛需要的解旋力最小，其次是CS 20菌毛，然后是P-菌毛，其需要的解旋力最高。我们的结论，从我们的电子显微镜重建，建模，和力谱数据的目标龛中起着核心作用的菌毛的生物物理特性是至关重要的细菌病理生理学。
2014-11-06 physics.bio-ph q-bio.BM
Sedimentation and diffusion of passive particles in suspensions of swimming Escherichia coli
由于游泳微生物在自然和人工环境中的普遍存在，活性流体中的沉积已经成为焦点。在这里，我们实验研究了被动颗粒在含有不同浓度的细菌E。杆菌结果表明，活细菌的存在下，即使在稀的制度，预计沉降速度是独立的颗粒浓度的沉降前的速度降低。细菌增加了被动颗粒的有效扩散系数，决定了沉降前沿的宽度。对于较高的细菌浓度，我们发现两个沉降前沿的发展，由于细菌死亡。一个模型，其中的对流扩散方程描述的重力下的颗粒沉降耦合到细菌的种群动力学似乎捕捉实验的趋势相对较好。
2017-10-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dispensability of Escherichia coli's latent pathways
在单细胞生物体上进行的基因敲除实验已经确定，对于最佳生长，不需要表达相当大一部分基因。这个问题获得了一个新的层面，最近发现，环境和遗传扰动的细菌大肠杆菌是由大量的潜伏代谢途径的临时激活，这表明假设，临时激活的反应影响生长，从而促进适应扰动的存在。在这里，我们测试这一假设计算和发现，令人惊讶的是，潜在途径的可用性始终没有提供增长的优势，事实上，往往会抑制遗传扰动后的增长。这被证明是真实的，即使是在交替条件下具有已知功能的潜在途径，从而将这种不利影响的意义扩展到明显的非必需基因之外。这些发现提出了潜在通路激活实际上是另一种潜在次优适应性反应的衍生物的可能性。
2011-03-27 cond-mat.dis-nn nlin.AO physics.bio-ph
Computing the motor torque of Escherichia coli
细菌的旋转马达是一种天然的纳米技术奇迹，它通过在流体环境中为半刚性螺旋鞭毛丝的旋转提供动力来实现细胞运动。众所周知，电动机基本上在逆时针方向上以恒定扭矩运行，但过去的工作已经报道了该扭矩的大范围值。聚焦于游动的大肠杆菌细胞和粘在玻璃表面上的细胞，其中所有几何和环境参数都是已知的（Darnton等人，J. Bacteriology，2007，189，1756-1764），我们使用两种经验证的数值方法来计算与实验一致的电机扭矩值。具体来说，我们使用（和比较）的数值方法的基础上的边界积分表示的斯托克斯流，还开发了一种混合方法结合边界元和细长体理论来模拟细胞体和鞭毛丝，分别。使用测量的电机的旋转速度，我们的计算预测的电机扭矩的值在440 pNnm至829 pNnm的范围内，关键取决于鞭毛丝和附近的表面之间的距离。
2018-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
MreB helical pitch angle determines cell diameter in Escherichia coli
细菌具有非常强大的细胞形状控制机制。例如，细胞直径在整个群体中仅变化百分之几。MreB是建立和维持棒形所必需的，尽管形状控制的机制尚不清楚。我们以两种互补的方式扰动MreB，以在从790+/-30 nm到1700+/-20 nm的宽范围内产生稳态细胞直径。为了确定MreB的哪些特性对于直径控制是重要的，我们通过同时分析MreB和细胞形状的三维图像将荧光标记的MreB聚合物的结构特征与细胞直径相关联。我们的研究结果表明，MreB的螺距角与细胞直径呈负相关。其他相关性不显着。这些结果表明，MreB长丝的物理性质是重要的形状控制和支持的模型，其中MreB决定细胞直径和组织细胞壁生长，以产生手性细胞壁。
2015-03-26 physics.bio-ph q-bio.CB
Mobility of Min-proteins in Escherichia coli measured by fluorescence correlation spectroscopy
在大肠杆菌中，分裂位点的选择涉及蛋白质MinD和MinE的极到极振荡。不同的振荡机制的基础上，最小的蛋白质之间的合作效应和最小的蛋白质之间的细胞质和细胞质膜的交换已被提出。表征Min-蛋白体内动力学的参数尚不清楚。因此，很难将模型与实验进行定量比较。在这里，我们提出了在体内测量的流动性MinD和MinE使用荧光相关光谱。在相关曲线中可以清楚地看到两个不同的时间尺度。虽然较快的时间尺度可归因于细胞质扩散，但较慢的时间尺度可由膜结合蛋白的扩散或由细胞质与膜之间的蛋白质交换引起。我们确定细胞质MinD的扩散常数约为16μ^{2}/s，而对于MinE，我们发现约为10μ^{2}/s，与导致较慢时间尺度的过程无关。的振荡机制的测量值的影响进行了讨论。
2007-01-29 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.SC
Experimental evolution of diverse Escherichia coli metabolic mutants identifies genetic loci for convergent adaptation of growth rate
细胞生长取决于底物的可用性和细胞将底物同化成结构单元的代谢能力。决定生长速率的代谢基因可能协同或拮抗地相互作用，并且可以加速或减缓生长，这取决于遗传背景和环境条件。我们进化了一组不同的大肠杆菌单基因缺失突变体，具有一系列的生长速率，并确定了通常增加生长速率的突变。尽管亲本菌株之间存在代谢差异，但增强生长的突变主要定位于核心转录机制，包括RNA聚合酶（RNAP）的$β$和$β'$亚基以及转录延伸因子NusA。RNAP的决定增强生长的结构片段先前已经涉及抗生素抗性和转录延长和暂停的控制。我们进一步开发了一个计算框架来表征在获得这些突变后发生的转录变化如何影响菌株的生长速率。我们的实验和计算结果为RNAP突变改变活性转录和基因沉默之间的竞争平衡提供了证据。这项研究表明，RNAP特定区域的突变是一种收敛的自适应解决方案，可以提高不同代谢状态细胞的生长速度。
2018-12-13 physics.bio-ph q-bio.MN
Metabolite essentiality elucidates robustness of Escherichia coli metabolism
复杂的生物系统在组织的各个层面上对遗传和环境的变化都非常强大。大肠杆菌代谢的许多生物学功能可以通过使用冗余或替代途径来抵抗单基因甚至多基因突变。因此，只有有限数量的基因被鉴定为对细胞是致命的。在这方面，以反应为中心的基因缺失研究在理解代谢稳健性方面具有局限性。在这里，我们报告使用通量总和，这是一个特定的代谢物周围的所有传入或传出通量在伪稳态条件下的总和，作为一个很好的保守属性，阐明这种鲁棒性的E。从代谢物的角度来看。的功能行为，以及对细胞生存至关重要的代谢产物的结构和进化特性，通过基于约束的通量分析扰动条件下进行了研究。必需代谢物能够保持稳定的通量总和，即使对严重的扰动，积极重新分配相关的通量。发现破坏通量和维持抑制细胞生长。这种分析代谢物必要性的方法提供了对细胞稳健性和伴随的脆弱性的深入了解，其可用于多种应用，包括用于治疗病原体的新药的开发。
2007-08-14 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.QM
Dynamic detection of a single bacterium: nonlinear rotation rate shifts of driven magnetic microsphere stages
我们报告了一种新的技术，这是用于检测单一的大肠杆菌，是基于在一个外部磁场驱动的磁性微球的非线性旋转的变化。在2.0微米的磁性微球表面上存在一种大肠杆菌细菌，导致了系统阻力的容易测量的变化，因此，在非线性旋转速率。直接测量使用标准显微镜技术，并且观察到的非线性旋转速率的平均偏移改变了约3.8倍。
2006-10-19 physics.bio-ph
A yield-cost tradeoff governs Escherichia coli's decision between fermentation and respiration in carbon-limited growth
已知许多微生物系统响应于例如由营养应激或抗生素诱导的生长条件的变化而主动重塑其蛋白质组。这种重新分配的部分原因是，由于生长速率受到特定代谢活动的限制，细胞只是通过微调蛋白质组来做出反应，将更多的资源投入到限制性活动中（即合成更多的蛋白质）。然而，这通常伴随着代谢的全面重组，旨在通过不同途径重新布线资源来提高限制下的生长产量。虽然这两种效应都会影响蛋白质组的组成，但后者是对应激的更复杂的全身反应的基础。通过对E.大肠杆菌的“乙酸开关”，我们使用数学建模和重新分析的经验数据表明，从一个主要的发酵过渡到一个主要的呼吸代谢在碳限制生长的结果之间的权衡最大化的生长产量和最小化其成本方面所需的蛋白质组份额。特别是E.大肠杆菌的代谢表型似乎是帕累托最优的这些目标函数在广泛的稀释度。
2017-03-02 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.MN
Hybrid 1D Plasmonic/Photonic Crystals are Responsive to Escherichia Coli
基于光子晶体的生物传感器作为一种有效的、低成本的设备，具有很大的前景，可用于各种生物靶标的实时监测。鉴于高加工性和即使对于不熟练的操作员也易于读取，这些系统对于检测食品和水中的细菌污染物非常有吸引力。在这里，我们提出了一种新的混合等离子体/光子器件，是响应大肠杆菌，这是最危险的病原菌之一。我们的系统由一个薄层的银，表现出等离子体行为和众所周知的生物杀灭活性的金属，在一个解决方案处理的1D光子晶体的顶部。我们属性的生物响应性的修改后的银膜的介电性能的细菌污染，一种效果，可能源于在Ag/细菌界面内的一种生物掺杂机制的极化电荷的形成。有趣的是，这引发了光子响应的蓝移。这项工作表明，我们的混合等离子体/光子设备可以是一个低成本和便携式平台，用于检测食品和水中的常见污染物。
2019-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Identifying all irreducible conserved metabolite pools in genome-scale metabolic networks: a general method and the case of Escherichia coli
代谢网络的化学计量通常会产生一系列特定代谢物集合的聚集浓度守恒定律，这不仅限制了网络的动力学，而且还提供了对细胞生产能力的关键见解。当守恒量与一个化学部分相同时，从化学计量学中提取所有这些守恒定律相当于找到NP-难规划问题的所有整数解。在这里，我们提出了一种新的和有效的计算策略，结合蒙特卡罗，消息传递，和松弛算法来计算一个给定的化学计量矩阵的完整的一套不可约整数守恒律，也提供了一个证书的正确性和最大值的解决方案。该方法部署在不同的生长介质中的细菌大肠杆菌的代谢的两个大规模重建的完整的一套不可约的整数池的分析。此外，我们发现了一个缩放关系，链接的大小不可约池的基础上的代谢物的数量，我们提出了一个分析解释。
2013-09-10 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph physics.chem-ph
Motile Escherichia coli-laden Droplets Exhibit Reduced Adhesion and Anomalous Wetting Behavior
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究通过实验发现，含活大肠杆菌的液滴比含死菌的液滴表面粘附力更低，且浓度越高粘附力越小，原因是活菌的鞭毛运动抵抗蒸发驱动流，产生集体动力学，促进接触线解钉，从而降低粘附。
2026-07-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A path-integral formulation of the run and tumble motion and chemotaxis in Escherichia coli
像大肠杆菌这样的细菌以一系列的奔跑和翻滚的方式运动：当奔跑状态（直线运动）需要所有的鞭毛马达以逆时针模式旋转时，翻滚是由一个或多个马达的状态转变为顺时针旋转模式引起的。在环境中存在引诱剂梯度的情况下，在有利方向上的运行被延长，并且这导致生物体在梯度方向上的净漂移。潜在的信号转导机制通过双叶响应函数产生定向运动，所述双叶响应函数将鞭毛马达的顺时针偏置与引诱剂浓度的时间变化相关联。响应函数的两个叶（正和负）由$\sim 1$ s的时间间隔分开，使得细菌有效地比较空间中两个不同位置处的浓度并相应地响应。我们在这里提出了一种新的路径积分方法，使我们能够解决这个问题，在最一般的方式，包括多步CW-CCW过渡，方向持久性和幂律等待时间分布。该方法使我们能够计算数量，如有效扩散系数和漂移速度，在吸引梯度的幂级数展开。显式结果中的最低阶的扩展，提出了特定的模型，其中，在适用的情况下，同意与已知的结果。伽玛分布的运行间隔分布的新结果也提出。
2018-02-23 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.QM
Glycerol Modulates Water Permeation through Escherichia coli Aquaglyceroporin GlpF
在跨细胞膜运输水和甘油的水甘油孔蛋白中，大肠杆菌甘油摄取促进剂（GlpF）是研究最彻底的。然而，一个问题仍然存在：甘油调节水渗透？这项研究回答了这个基本问题，通过确定甘油的化学电位分布沿渗透路径通过GlpF的导电孔。Asn-Pro-Ala（NPA）基序附近有一个深井（解离常数14 μ M），选择性过滤器附近有一个屏障（高于井底10.1 kcal/mol）。这种配置文件的存在归功于GlpF的完美空间排列：甘油-蛋白质范德华相互作用在NPA附近是有吸引力的，但在导电孔的其他地方是排斥的。鉴于水和甘油在GlpF的两亲性孔中排成单行的性质，得出以下结论：甘油在微米范围内调节水的渗透。在mM浓度下，GlpF是甘油饱和的，并且停留在孔中的甘油堵塞了传导孔。因此，水渗透与甘油解离完全相关，其具有6.5 kcal/mol的Arrhenius活化势垒。这一理论的验证是基于现有的体外数据，其中一些数据没有得到应有的重视：发现水渗透的Arrhenius活化屏障为7 kcal/mol，甘油渗透的Arrhenius活化屏障为9.6 kcal/mol;高达100 mM甘油的存在不影响渗透性非常低的水运输动力学，这与预测高渗透性（0 M甘油）的现有理论明显矛盾。
2012-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Ultrasensitivity and Fluctuations in the Barkai-Leibler Model of Chemotaxis Receptors in {\it Escherichia coli}
用Barkai-Leibler模型的随机形式描述了{ \it E.大肠杆菌}的构象动力学研究，阐明内在网络噪声的影响。它最初被提出来解释{ \it E.大肠杆菌}中观察到的广泛的空间均匀的引诱剂/驱避剂（配体）浓度。受体可以是活性的，也可以是非活性的，并且可以在两种状态之间随机切换。酶CheR使非活性受体甲基化，而CheB使活性受体去甲基化，其活性的可能性取决于其甲基化和配体化的水平。每个受体具有两个甲基化位点（M=2）的模型的简单版本显示出零级超灵敏度（ZERO），类似于Goldbeter和Koshland（GK）研究的共价修饰的经典2态模型。对于非常小和大的配体浓度，该系统减少到两个2状态GK模块。在线性噪声近似（LNA）下的数学估计的活性（方差）的自发波动的定量测量发现峰值附近的Zynga过渡。方差是配体和受体浓度的弱、非单调和递减函数。Gillespie模拟M=2下得到的LNA的分析结果显示出良好的协议。M=2、3和4的数值结果表明，平均活度中的Z是零，M越大，方差越小。从现有的实验数据推导出的受体噪声的大小与我们的预测是一致的。对下游信号通路的简单分析表明，这种噪音足够大，对生物体的运动性有有益的影响。平均受体活性的响应小的时间依赖性变化的外部配体浓度，线性响应理论内计算，被发现有一个双叶的形式。
2017-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
From Conformational Spread to Allosteric and Cooperative models of E. coli flagellar motor
大肠杆菌利用由旋转马达激活的鞭毛游动。马达的旋转方向由单个信使蛋白的结合间接调节。构象扩展模型已被证明可以准确地描述平衡特性以及鞭毛马达的动力学。在本文中，我们研究这个模型从分析的角度来看。通过利用实验中观察到的时间尺度的分离，我们展示了如何减少构象传播模型的粗粒度，合作绑定模型。我们表明，这个简化的模型再现非常好的电动机开关的动态。
2016-09-29 physics.bio-ph q-bio.QM q-bio.SC
Direct measurement of cell wall stress-stiffening and turgor pressure in live bacterial cells
我们研究完整的和膨胀的大肠杆菌细胞使用原子力显微镜分离的贡献细胞壁和膨压的整体细胞刚度。我们在E.大肠杆菌细胞壁，指数为1.22 \pm 0.12，使得完整细胞中的壁比未加压的球囊中的壁显著更硬（在轴向和周向方向上E = 23 \pm 8 MPa和49 \pm 20 MPa）。这些测量也表明活细胞E.大肠杆菌的压力为29 \pm 3 kPa。
2011-07-13 physics.bio-ph q-bio.BM
Modeling network dynamics: the lac operon, a case study
我们使用大肠杆菌中的乳糖操纵子作为原型系统来说明细胞网络动态建模的当前状态、适用性和局限性。我们整合了三个不同层次的描述-分子，细胞，和细胞群体-到一个单一的模型，这似乎捕捉到许多实验方面的系统。
2004-11-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.CB
A Coarse-Grained Biophysical Model of E. coli and Its Application to Perturbation of the rRNA Operon Copy Number
我们提出了一个生物物理模型的大肠杆菌，预测生长速度和有效的细胞组成，从一个有效的，粗粒度的基因组表示。我们假设E.大肠杆菌处于平衡指数稳态生长状态，生长在时空恒定的环境中，资源丰富。我们将这个模型应用于一系列过去的测量，其中已经测量了七个E.大肠杆菌菌株的rRNA操纵子拷贝数范围为1至7（野生型拷贝数）。这些实验表明，对于具有少于六个拷贝的菌株，生长速率显著降低。使用该模型，我们能够重现这些测量结果。我们表明，最适合这些数据的模型表明，E。当rRNA操纵子拷贝数变化时，大肠杆菌中的rRNA基因不固定。此外，该模型预测，将拷贝数增加到7个以上会导致细胞质中密集地挤满了核糖体和蛋白质。假设在这种过度拥挤的条件下，延长的扩散时间往往会削弱结合亲和力，则该模型预测生长速率不会显著增加超过野生型生长速率，如其他实验所示。因此，我们的模型表明，改变野生型E。大肠杆菌细胞在恒定的富营养环境中生长不会显著增加其生长速率。关于rRNA操纵子拷贝数改变的菌株的其他观察结果，如类核压缩和rRNA操纵子反馈反应，似乎与该模型定性一致。此外，我们讨论了可能的设计原则建议的模型，并提出进一步的实验来测试其有效性。
2010-08-04 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.MN
A Simple Laser-Based Device for Simultaneous Microbial Culture and Absorbance Measurement
在这项工作中，我们提出了一种专门设计用于研究微生物生长的装置，该装置具有与环境微生物学和天体生物学等研究领域相关的几个应用。自动测量和培养设备（AMC-d）可在培养过程中直接进行半连续吸光度测量。它可以同时测量多达16个样品。绘制了使用低生长和快速生长的微生物的生长曲线，包括：大肠杆菌和嗜盐古菌Haloferax volcano ii。
2012-10-26 physics.bio-ph physics.ins-det q-bio.QM
