细菌生长稳态中的个体性与慢动力学

微生物生长和分裂是与生命科学许多领域相关的基础过程。其中尤为令人感兴趣的是稳态机制，它能在多个周期内缓冲生长和分裂以抵抗累积的涨落。这些机制在单个细胞内运作，可能跨越多个分裂周期。然而，迄今为止所有的实验研究都依赖于从许多不同细胞中汇总的测量结果。在此，我们将个体细胞的长期测量轨迹彼此分离，揭示了时间统计与汇总统计之间的细微差异。通过分析多达数百代的关联，我们发现描述有效细胞尺寸稳态强度的参数在细胞之间显著变化。同时，我们发现一个不变细胞尺寸作为所有个体轨迹的吸引子，尽管具有不同的有效吸引力。尽管存在共同的吸引子，每个细胞在其有限寿命内维持着不同的平均尺寸，且围绕该尺寸的时间涨落受到抑制，而向全局平均尺寸的平衡过程令人惊讶地缓慢（> 150个细胞周期）。为了展示稳态强度可变性的一个可能来源，我们构建了一个依赖细胞内相互作用的数学模型，该模型将测量到的细胞尺寸特性与高表达蛋白的特性相结合。有效稳态强度随后受相互作用和噪声水平影响，且通常在细胞间存在差异。稳态强度可变性的一个可预测且可测量的后果表现为细胞尺寸和蛋白质含量在许多代中呈现出不同的振荡模式。我们讨论了研究结果对理解单细胞分裂控制机制及其特征时间尺度的意义。