On the Types of Bacterial Growth Laws

Abstract

Аннотация. Объем/масса/площадь оболочки бактерии являются важными характеристиками ее развития в процессе одиночного цикла. Исследования, проведенные нами ранее, показали, что клетки могут сталкиваться в процессе одиночного цикла с проблемой неограниченного роста собственного размера. Мы выявили два основных типа законов роста, которые были названы «экспоненциальным» и «линейным». Для клеток, растущих по закону экспоненциального типа, при определенных условиях возникает проблема неограниченного роста размера клеток, а по линейному -нет [1]. В настоящей работе мы показываем, что законы роста размера бактерий относятся исключительно к линейному типу. Мы показываем, что данное свойство является следствием универсального генетического принципа хранения и передачи информации, присущего всем живым организмам. Законы роста экспоненциального типа могли существовать только на самых ранних этапах эволюции клеток, на которых генетический механизм еще не был сформирован в современном виде. ВВЕДЕНИЕПроблема согласования развития различных клеточных структур в одиночном цикле прокариот имеет длительную историю, начиная с пионерских работ Pritchard с соавторами [2], Donachie [3] и Cooper&Helmsteter [4]. Одно из первых теоретических решений проблемы согласования темпов роста объема клетки и темпов репликации дано в работе Pritchard et al. [2]. В ней была представлена модель клеточного цикла, в которой инициация репликации геномной ДНК контролируется репрессором. В модели интенсивность синтеза репрессора была пропорциональна числу копий его структурного гена, а эффективность функционирования определялась концентрацией функциональной формы репрессора, что и обеспечивало достижение необходимого согласования процессов роста и репликации.В работе Donachie [3] были приведены экспериментальные данные о постоянстве отношения в момент инициации репликации геномной ДНК массы/объема клетки к числу сайтов инициации репликации. Данное отношение, названное «инициаторной массой», также позволяет согласовывать процессы роста и репликации между собой.Cooper&Helmsteter в 1968 году [4] предположили, что клеточный цикл контролируется темпами репликации. Постулировав постоянство времени репликации (С период) и времени между терминацией репликации и началом деления клетки (D период) они разработали модель согласованного роста, деления и репликации клетки.