幽闭恐惧症细胞减缓自身生长，形成美丽的同心圆图案

就像地球上的许多生物体一样，当细胞经历坑坑洼洼的拥挤时，它们可能会感到压力。然而，与大多数其他生命形式不同的是，受到邻居拥挤造成的身体压力的细胞可以通过大幅减慢自身生长来缓解压力，从而形成引人注目的同心圆图案，从而产生惊人的结果。

通过对分裂细菌菌落进行模拟和建模发现的这一过程在一项新的研究中得到了描述。学习发表于物理评论快报。该研究的主要作者、纽约市熨斗研究所计算生物学中心的研究员斯科特·韦迪（Scott Weady）表示，这些发现可能提出了减缓感染或制造过程中有害微生物生长的新方法。

“我确实很惊讶地发现，处于这种机械应力下的细胞可以以这种方式减缓生长，”Weady 说。 “有趣的是，它们形成了这些同心圆，每个环都显示了它们被邻居扼杀的程度，最终影响了它们能长到多大。这是一个强大的模式，来自一个非常简单的规则，而且它只是一些不存在的东西。人们以前确实想过要进行测量。”

Weady 与 Flatiron 研究所研究员 Bryce Palmer、Adam Lamson、Reza Farhadifar 和 Michael Shelley 以及普渡大学的 Taeyoon Kim 共同撰写了这项研究。

深入研究分裂细胞

韦迪的团队对生物物理建模感兴趣，或者用他的话说，小规模规则如何控制大规模行为。在这种情况下，他的团队想要调查，细胞分裂以制造更多自身副本的过程。

该小组首先采用探索性方法，检查细菌菌落生长的模拟。一开始，他们正在研究更一般的措施，例如细胞大小调节，但后来开始注意到一种模式。

通常，细胞增殖过程是指数级的：细胞分裂成两半，而那些后代分裂成两半，等等，以保持不断增长的速度。然而，在他们的模拟中，研究小组注意到细胞并没有像你预期的那样分裂？事实上，随着环境变得更加拥挤，它们的增殖速度显着减慢。

“你从一个，感觉压力很小或没有压力。然后它分裂，这些细胞分裂，靠近中心的细胞受到越来越大的压力，因为它们受到越来越多的推力，这导致它们的生长减慢，”韦迪说。“所以，当你走向在圆的边缘，您会得到这些不均匀的应力敏感性带，表现为同心圆。”

这项初步工作基于粒子模拟，它说明了增殖过程如何在相对较少的细胞中进行。根据这些数据，该团队开发了所谓的连续体，它估计了该过程如何在极大量的细胞中发挥作用。

“通过粒子模拟，你会看到一些离散的东西？在这种情况下，你会随着时间的推移追踪细菌，”韦迪说。 “但是连续体模型的运作方式有所不同，它假设粒子数量非常大，这样就可以将其表示为连续材料。这有助于我们更好地在更大范围内研究该过程并了解其鲁棒性。”

令人兴奋的是，研究小组发现他们的连续体模型与他们在粒子模拟中看到的结果非常吻合，这表明他们的预感是正确的：退到角落的细胞会减慢自己的生长，在这个过程中形成一种阻止模式。

掌控细胞生长

细胞增殖具有研究价值，因为它是一个非常基本的过程，而且还因为当增殖的细胞有害时（例如：细菌感染），它们可能会造成有害影响。

“弄清楚这个过程是如何自然调节以及如何控制它非常重要，”韦迪说。 “我们的模型确定可以增强细胞的反应，并且促进这些因素可能会减慢”。

本研究中开发的模型也可以作为研究其他细胞行为的基础。

“我认为这个模型对于那些想要研究细胞反应方式的干扰的人来说是一个有用的工具，无论是通过压力、营养获取还是其他因素，”Weady 说。 “如何用这样的模型提出这些问题是非常清楚的，所以我发现它能够更广泛地实现什么是令人兴奋的。”

由西蒙斯基金会提供