单细胞蛋白质动力学再现细胞群体中的普遍涨落

单细胞中蛋白质的变异性已在群体中被广泛研究，但人们对单个细胞在长时间内的蛋白质时间涨落知之甚少。我们在此呈现了在多代中测量的单个细菌的蛋白质拷贝数轨迹，并研究其统计特性，将其与先前测量的群体快照进行比较。我们发现单个轨迹中的时间涨落表现出与先前在群体中观察到的相同的普遍特征。每个轨迹围绕均值的标度涨落表现出与在不同条件下测量的群体以及两种不同微生物中发现的相同的普遍分布形状。此外，轨迹的均值和方差随时间遵循相同的二次关系。分析单个细胞中蛋白质轨迹的时间特征，揭示了在细胞周期内蛋白质含量以指数函数形式增加，其速率随周期而变化。这导致了蛋白质轨迹的紧凑描述——一个三变量随机过程：指数速率、细胞周期时长和周期开始时的值——每个细胞周期采样一次。这种紧凑描述足以保持蛋白质涨落的普遍统计特性，即蛋白质分布形状和方差与均值之间的二次关系。我们的结果表明蛋白质分布形状对周期内亚细胞微观细节不敏感，并反映了在代际间波动的全局细胞特性。