细菌能保持体形是有原因的

水稻理论家展示了随机过程如何相互抵消以确保微生物的健康

胖细菌?瘦的细菌?从高处看，它们似乎都差不多大小。事实上，他们是。

根据莱斯大学化学家Anatoly Kolomeisky的说法，确切的原因一直是一个悬而未决的问题，他现在有了一个理论。

细菌体内的一种原始机制使它们保持在各自的“金发区”也就是说，似乎依赖于两种随机的调节方式:生长和分裂，这两种调节方式相互抵消。同样的机制可能会给研究人员一个新的视角来看待疾病，包括癌症。

由Kolomeisky, Rice博士后研究员和第一作者Hamid Teimouri和Rupsha Mukherjee的“最小模型”发表在美国化学学会的《物理化学快报》上。Rupsha Mukherjee曾是Rice的研究助理，现在在印度甘迪纳格理工学院工作。

莱斯大学的科学家们试图用一个简单的理论模型来解释为什么细菌能保持大致相同的大小和形状。这个模型显示了生长和分裂的随机过程是相互关联的，本质上是相互抵消的。点击图片查看放大版。由Kolomeisky研究小组提供

Kolomeisky说:“无论我们在哪里看到细菌，它们或多或少都有相同的大小和形状。”“这是相同的细胞在我们的组织。这是体内平衡的标志，一个系统试图拥有几乎相同的生理参数，比如体温、血压或血液中的血糖水平。

他说:“大自然喜欢将这些参数限定在一个非常小的范围内，这样生命系统才能最有效地工作。”“偏离这些参数是一个标志性的疾病。”

细菌是体内平衡的模型，粘附在狭窄的大小和形状分布上。Kolomeisky说:“但目前我们得出的解释并不充分。”“众所周知，科学不喜欢魔术。但有人提出了一种类似魔术的阈值
2来解释它。

他说，对于细菌来说，没有门槛。他说:“从本质上讲，没有必要买一个。”“有很多潜在的生化过程，但它们可以大致分为两个随机的化学过程:生长和分裂。两者都是随机的，所以我们的问题是解释为什么这些随机现象会导致一个非常确定的结果。”

莱斯实验室擅长于理论建模，以解释包括基因组编辑、抗生素耐药性和癌症增殖在内的生物学现象。泰莫里说，细菌生长和分裂之间高效的化学耦合更容易建模。

“我们假设，在典型的增殖条件下，分裂和生长蛋白前体的数量总是与细胞大小成比例，”他说。

该模型预测了细菌分裂的时间，使它们能够优化自己的功能。研究人员表示，这与实验观察结果非常吻合，并指出通过操纵公式将细菌从体内平衡中去除证明了他们的观点。他们说，增加分裂后细菌的理论长度，只会导致更快的分裂速度，从而控制它们的大小。

Kolomeisky说:“对于较短的长度，生长占据主导地位，这也使细菌保持了合适的大小。”

Anatoly Kolomeisky

哈米德Teimouri

他说，同样的理论并不一定适用于更大的生物体。“我们知道，在人类中，可能有许多其他的生化途径来调节体内平衡，所以问题更加复杂。”

然而，这项工作可能会给研究人员提供新的视角，来研究病变细胞的增殖，以及迫使癌细胞呈现不同形状和大小的机制。

Kolomeisky说:“确定癌症的一种方法是观察正常情况的偏差。”“是否存在导致细胞更快生长或更快分裂的突变?”这种有助于保持细菌大小和形状的机制也可以帮助我们了解那里发生了什么。”

Kolomeisky是一名化学和化学与生物分子工程学教授。韦尔奇基金会、国家科学基金会和赖斯的理论生物物理中心支持这项研究。