Cell子刊破解细胞分裂的基础谜题

 快速生长的细胞为什么会突然开始分裂，是什么触发了这个事件？这个问题一直困扰着生物学家们。日前，Current Biology杂志上发表的一项新研究破解了这个不解之谜。

“细胞如何控制自己的大小并维持稳定的群体分布，这是生物学中最为基础的问题之一，”加州大学的助理教授Suckjoon Jun说，他和Massimo Vergassola教授共同领导了这项研究。“大肠杆菌E. coli是目前研究得最多的生物，但人们依然不清楚它们如何控制自己的大小。”研究细胞大小的控制机制，不仅可以回答生物学基础问题，还有助于人们进一步理解细胞分裂失控最终导致癌症的过程。

Jun及其同事为此开发了一个特殊的微流体设备。“这个设备可以追踪数千细菌几百个世代的生活史，”他说。“我们非常仔细的研究了这些细胞的生长模式，结果发现细胞的大小控制有一个非常特别的方式。”

“我们在一系列严格控制的稳定生长条件下，监控了两种细菌的生长和分裂（大肠杆菌E. coli和枯草芽胞杆菌B. subtilis），”Jun说。“实现了空前的定量分析水平。”研究人员根据细胞生长的实验数据建立了数学模型，并由此发现细胞生长遵循着一定的法则，尤其是速率恒定的指数生长期。

目前关于细胞的大小控制主要有两个理论：细胞主动控制自己的尺寸，并在达到一定尺寸的时候触发细胞分裂；细胞在特定时间内生长然后开始分裂。而这项研究显示，细胞分裂时间其实与细胞大小或细胞分裂间隔并没有多少关系。实际上，细胞大小控制遵循着“特别简单的定量原则”。

研究表明，细胞并没有感知空间和时间，只是每一代向群体中添加恒定的体积（不考虑新生细胞大小）。“这种‘加法’原则自动确保细胞群体的稳定分布，”Jun说。

“E. coli和B. subtilis大约十亿年前从进化树上分支开，在教科书中它们代表着不同细菌多样化的生物学控制。现在我们发现，它们在控制自身大小时共享着同样的定量原则，这是一个相当基础的发现。”