Neues Modell stellt fest, dass frühere Zellteilungsberechnungen Treiber auf molekularer Ebene ignorieren

Wenn sich eine einzelne Bakterienzelle in Zeiten schnellen Wachstums in zwei Teile teilt, teilt sie sich nicht in zwei Hälften, sobald sie eine vorgegebene Größe erreicht hat. Stattdessen haben Daten gezeigt, dass sich eine Zelle teilt, sobald sie eine bestimmte Menge an Masse hinzugefügt hat.

Die beiden Prozesse klingen ähnlich, bergen jedoch jeweils unterschiedliche Risiken. Viele Forscher glaubten, es sei sicherer für die Zelle, wenn sie sich ab einer bestimmten Größe spalte.

Neue mathematische Modelle der Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences zeigen jedoch, dass die Risiken möglicherweise falsch eingeschätzt wurden, da frühere Berechnungen die Treiber der Zellteilung auf molekularer Ebene ignoriert haben. Ihre Erkenntnisse waren veröffentlicht im Tagebuch Briefe zur körperlichen Untersuchung.

„Der Versuch, vor der Teilung eine Zielgröße zu erreichen, scheint die beste Strategie zu sein, um eine genaue Zellgröße beizubehalten“, sagte Andrew Mugler, außerordentlicher Professor am Fachbereich Physik und Astronomie. „Aber wenn man sich anschaut, was Bakterien tun, sieht es so aus, als würden sie die zweitbeste Strategie anwenden.“

Das Teilen jedes Mal, wenn eine Zelle eine Zielgröße erreicht, die so genannte Sizer-Strategie, schien die beste Möglichkeit zu sein, die Größe einer Zelle einzuschränken. Wenn etwas schief geht und die Zelle zu groß oder zu klein wird, kann das in der nächsten Generation leicht behoben werden – sie muss nur wieder ihre Zielgröße erreichen.

Wenn bei der sogenannten Addierer-Strategie jedoch etwas schiefgeht, dauert es länger, bis die Zelle wieder ihre ursprüngliche Größe erreicht. Denn die Methode beruht darauf, zu wissen, wie stark eine Zelle seit ihrer letzten Teilung gewachsen ist. Insgesamt wurde angenommen, dass der Addierer zu einer weniger präzisen Größenverteilung führt.

Warum verwenden Zellen diese Additionsmethode?

Der Erstautor Motasem ElGamel, ein Doktorand in der Abteilung für Physik und Astronomie, entwarf ein Modell, das über den Maßstab der Zelle hinausgeht und auch Änderungen auf molekularer Ebene berücksichtigt. Er fand, dass die Addierer-Methode präziser sei, die Forscher hätten lediglich ihre wahre Natur missverstanden.

Zellen teilen sich nicht, wenn sie eine bestimmte Menge an Masse vermehren, sondern wenn sie eine bestimmte Anzahl eines bestimmten Moleküls hinzufügen. Die beiden Maße wachsen zwar parallel – mehr Moleküle bedeuten mehr Masse –, aber ihre gemeinsame Betrachtung hat sich als entscheidend erwiesen.

Als ElGamel neben der zusätzlichen Masse auch die Anzahl der Moleküle berücksichtigte, war die Additionsstrategie präziser und weniger anfällig für Fehler bei der Replikation.

„Bis zu diesem Zeitpunkt berücksichtigten Modelle hauptsächlich Variablen auf der Skala der gesamten Zelle – ihre Größe oder die Zeit, die sie für die Teilung benötigte usw. Wir wissen jedoch, dass die Zelle diese Entscheidungen auf der Grundlage der Mengen bestimmter Moleküle im Zellkörper trifft. „Sagte außerordentlicher Professor Mugler. „Das musste integriert werden.“