深圳先进院在《自然·微生物学》杂志刊文 揭示合成生物个体建构原理

小小的细胞蕴藏着无数的生命奥秘，过去100年来，生物学家一直想知道是什么决定了细胞的大小。在近代，虽然我们知道了大部分控制细菌细胞周期和细胞分裂的分子，但我们仍然不知道细菌细胞的大小是如何确定的。5月18日，中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院刘陈立团队在国际权威学术期刊《自然·微生物学》杂志发表题为《链接大肠杆菌细胞生长和细胞周期的一般定量关系》的文章，以大肠杆菌为模式生物，修正该研究领域原有法则，发现了决定细菌细胞大小的"个体生长分裂方程"，并提出关于细胞分裂控制机制的新观点。

文章在国际权威学术期刊《自然·微生物学》杂志上线

上世纪50年代，美国科学家发现了细菌生长的两大法则，半个世纪以来一直统治着微生物生理学领域。刘陈立团队潜心3年多研究发现，原有法则并不准确。"虽然生长速度越快，细胞越大，但二者之间的关系并不符合两大法则的预期。"刘陈立说，"按照法则描述，无论细胞生长快慢，一旦达到'起始质量'，就应该开始新一轮的DNA复制，然而，我们却在实验中观察到，细菌细胞没有遵循假说，不同培养条件下，'起始质量'有高有低。"

个体生长分裂方程

为了回答"细菌细胞大小如何决定"这一科学问题。研究团队通过寻找大量数据背后的量化关系，最终发现了一个全新且适用于不同生长速率条件的"个体生长分裂方程"。

该文章第一作者郑海博士表示，他们选择超过30种培养基开展实验，对细胞的生长状态进行实时监控，实验重复次数多的超过9次以上。这是迄今为止有报道的类似研究工作中选用培养基种类最多、覆盖生长速率范围最广的一次。

研究团队提出一个全新的分子机制假说，认为存在一种"分裂许可物"，它与"细胞生长"和"染色体复制分离"相关。当它积累达到一定阈值时，细胞就会分裂。基于此观点，研究团队建立了相应的数学模型，进一步的实验确实验证了理论预测。

不同大小的细菌细胞

新方程的提出使得细菌个体大小、生长速率等自然现象具有了一定的可预测性，例如：当得知细菌生长速率和DNA复制周期，便可准确预测出细菌的大小。

以"合成生物学"为研究导向，刘陈立团队继去年在《自然》发文揭示细菌群体迁徙公式后，该研究是在定量生物学领域的再度突破。

"研究再次证实了定量的思维方法在生命科学研究中的重要性，我们找到的每一个运行规律，都是试图找到可用于指导设计、改造、重建生命形式的'迷宫地图'。"刘陈立表示，此次对细菌个体细胞相关定量规律和法则的基础科学问题研究，对人类揭示并理解生命体内在原理提供了重要的参考依据，此研究也有助于未来合成生物学领域的理性设计和建构，以满足细菌治疗疾病、抗生素替代、绿色生物制造等多个应用层面的需要。

编辑 秦天