桥接单细胞与群体动力学的时间尺度

单个细胞随机生长与分裂的精细细节如何反映在群体数量的平滑确定性增长中？我们通过构建一个经数据验证的理论框架，提供了一个整合的多尺度微生物生长动力学视角，该框架同时考虑了单细胞和群体尺度上的可观测量。我们推导出细胞年龄分布和群体生长速率作为潜在分裂间隔时间分布泛函的精确解析完全含时解，适用于对称和不对称细胞分裂。这些结果揭示了随机单细胞动力学对群体生长的令人惊讶的影响。利用不对称分裂的结果，我们推断了新月柄杆菌（Caulobacter crescentus）生命周期中从生殖静止（游动）阶段到复制活跃（柄状）阶段转变的时间。值得注意的是，群体数量可以随时间自发振荡。我们阐明了导致这些群体振荡的物理机制。对于新月柄杆菌细胞，我们证明，在给定生长条件下，对群体生长速率的简单测量足以表征该条件特异性的细胞时间单位，从而得出平均（单细胞）生长和分裂时间尺度、细胞分裂时间的波动、细胞年龄分布以及静止时间尺度。