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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
穩態細菌培養實驗揭示了系統層面上的一些定量規律。首先，這些包括細胞大小隨時間呈指數增長，以及細胞誕生和分裂之間細胞內化學物質的平衡增長，考慮到細胞中的非線性和分散的化學動力學，這些都令人費解。我們將細胞建模為一組在容器中經歷非線性質量作用動力學的化學群體，容器的體積是化學群體的線性函數。事實證明，這是一類特殊的動力系統，通常具有吸引子，其中所有種群隨著時間以相同的速度呈指數增長。這解釋了細菌細胞在不調用任何調節機制的情況下呈指數平衡生長，並表明這也可能是原始細胞的強大特性。其次，我們考慮這樣的假設：當某種內部化學物質達到 N 分子閾值時，細胞就會分裂。我們表明，這個假設可以簡單地解釋細菌培養物中細胞間觀察到的一些變異性。特別是，它再現了最近在大腸桿菌中觀察到的細胞大小波動的加法器特性；觀察到的分期時間、出生量和一代增加量之間的相關性；以及當 N 在 10 到 100 之間時觀察到的波動規模 (CV ≈ 10–30%)。第三，在包含優化細胞生長速率的合適調節機制後，該模型再現了觀察到的細菌生長規律，包括生長速率和核醣體蛋白分數對培養基的依賴性。因此，這些模型提供了一個框架，可以將細菌生長生理學的各個方面統一在一個屋簷下。他們也提出了實驗和理論研究的新問題。