解析随机过程视角下的细菌细胞分裂调控

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本报讯（记者刁雯蕙）细菌是一种生长迅速的微生物，其细胞体积可在20分钟内翻倍。为实现快速生长，细菌是如何决定分裂时机的？3月14日，中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员傅雄飞、副研究员白阳联合华中农业大学罗亮博士在《物理评论研究》上发表文章指出，分子层面的随机涨落是影响细菌细胞分裂调控的重要因素。

科学家一直在探索细胞分裂时机的决定机制及其背后的分子基础，目前有3种可能的调控机制。第一是体积决定机制，它假设细胞监测自身体积，当其达到一个特定的分裂阈值时，就会执行细胞分裂。第二是增量决定机制，即细胞会记录自上一次分裂以来的体积增加值，并在增量达到特定的分裂阈值时执行分裂。第三是时间决定机制，即细胞记录自上一次分裂以来经过的时间，并在达到特定的分裂阈值时执行分裂。

近年来，科学家发现，尽管细菌体积有所不同，但平均而言，两次分裂之间的体积增加值并不随它出生时的体积变化。这个发现似乎表明细菌细胞以体积增量为调控目标决定分裂时机。但新研究又对这一机制提出了质疑。

此次，研究团队提出，细胞内无处不在的随机过程也会作用于细胞分裂阈值，使得3种不同的细胞分裂决定机制都能展现出“体积增量不随细菌出生体积改变”的实验现象。通过构建包含随机性的理论模型，该研究充分解析了随机过程对细胞分裂行为的影响。

研究发现，随着分裂阈值随机过程自身特性的不同（自关联系数），3种细胞分裂时机的决定机制都可以展现出看似体积决定、增量决定或者时间决定的实验现象。因此，实验人员需要进一步测量分裂阈值本身的自关联系数，才能更准确地了解细菌细胞分裂的调控机制。

这一发现提高了人工细胞理性设计的灵活度。科研人员可以在细胞分裂决定机制难以改动的情况下，通过对分裂阈值随机过程特征的巧妙设计，控制细菌细胞的分裂行为。