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研究发现细菌中细胞大小的基本单位

2018-12-29 10:00:56 • 来源：

生物学家早就知道，当营养素的质量变得更好时，细菌生长得越来越快，微生物生理学的一个原则被称为“生长规律”，它描述了细菌的平均细胞大小与它们生长速度之间的关系。但是增长法有一个很大的漏洞：它无法解释为什么细菌在达到某个临界尺寸时会分裂，无论有多少或几乎没有营养素。

研究发现细菌中细胞大小的基本单位

然而，通过将数学模型应用于大量抑制细菌生长的实验，来自加州大学圣地亚哥分校的物理学家，生物学家和生物工程师团队发现了这一原因，并在此过程中制定了“一般增长法”，解释了这些细菌生理特性的起源。

研究人员在本周发表的“ 当代生物学 ”杂志上发表的一篇论文中详细介绍了他们的成就。

“几年前，我们开始进行广泛的生长抑制实验，以使用模型生物大肠杆菌测试生长规律，”加州大学圣地亚哥分校物理和分子生物学助理教授Suckjoon Jun说。 。“也许并不令人惊讶，原始生长规律无法解释生长抑制下细胞大小的变化。细胞大小根据抑制方法的增加或减少。有时，尽管显着抑制生长，细胞大小根本没有变化。”

Jun和他的同事发现，当细胞开始复制其遗传物质以准备细胞分裂时，尽管细胞中存在许多遗传过程和变化，如蛋白质和DNA合成，细胞壁合成和细胞形状，但细胞大小仍然非常恒定。

“我们意识到，这种不变的细胞大小代表了开始生长和细胞周期所需的细胞资源的基本单位，或者说汽车的'引擎'，”Jun说。“这个'单位细胞'是基础构建细胞大小，细胞大小是任何生长条件下所有不变单位细胞的总和，解释了生长规律的起源。“

Jun说，高通量细胞采样技术和遗传方法如“CRISPR干扰”的发展使他的团队有可能在其生长抑制实验中从1000万个细菌细胞中提取大量生理数据。

“这使得详细可靠的统计数据成为可能，并导致定量建模，使实验可测试的预测成为可能，帮助我们更深入地了解数据，”他补充说。“这补充了我们几年前发现的意外'加法器'原则。”

Jun说，这个过程类似于丹麦天文学家第谷·布拉赫通过收集更好的行星轨道数据，四个世纪前能够说服德国天文学家约翰内斯·开普勒，其原点是重力的行星轨道是椭圆而不是界。

“开普勒的椭圆模型没有说明椭圆的物理起源，但他的运动学建模是牛顿50年后动力学研究的重要起点，”Jun说。“我们不知道生物学是否追随物理学史的脚步，但正在积累的例子是，生物学的某些分支正在变成像物理学那样的定量科学。”

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