核糖体自组装导致复制周期重叠并提高生长速率

在适宜环境中，大肠杆菌可每 21 分钟使其干质量翻倍。在此期间，核糖体、RNA 聚合酶与蛋白质组均翻倍。然而，由于这些过程复杂的时间嵌套模式，如何将细菌倍增时间与生长过程中其他生物学相关时间尺度相联系仍不清楚。特别是，细胞倍增时间与核糖体组装时间之间的关系尚属未知。本文我们建立了一个将生长速率与核糖体组装时间相关联的模型，并表明自组装步骤的存在提高了总体生长速率，因为在核糖体自组装期间，已有核糖体可在上一轮完成之前通过制造新一批核糖体蛋白来开启新一轮复制。这种核糖体复制周期的重叠使生长速率超出通常假定成立的串行极限。利用近期核糖体图谱数据及众所周知的平翻译速率测量值，我们对体内核糖体自组装时间设定了严格界限，其对所涉及的生物噪声相关假设具有鲁棒性。在 21 分钟倍增时间下，核糖体组装时间约为 6 分钟——比通常估计值大三倍。我们进一步用模型解释了近期发现的核糖体组装抑制剂药物的有害效应，并预测限制核糖体组装分子伴侣表达对整个生长速率的影响。