揭示细胞如何分配空间为新的生长让路

把一个活细胞想象成一座城市。如果你是这个（非常小，非常有活力的）城市的城市规划师，你必须决定的一件事是如何为不同的功能用途分配空间。

例如，城市的部分地区应划为住宅区，而其他地区则应划为工业区；与此同时，你必须把垃圾放在某个地方。理想情况下，所有这些基本活动都应该被划分开来，这样它们就不会妨碍其他活动。

随着城市的发展，其不同的分区也需要发展。在活细胞中也是如此。但所有的碎片都以相同的速度生长吗？你如何分配资源以促进增长？

到目前为止，科学家们对细胞如何组织和优先考虑其隔室的生长知之甚少：被称为细胞器的功能结构。这包括一些更熟悉的细胞器，如细胞核或线粒体的能量制造工厂。圣路易斯华盛顿大学艺术与科学物理学助理教授Shankar Mukherji领导的一项新研究是首批采用系统方法测量和解释活细胞生长过程中细胞器发生的变化的研究之一。他的团队进行了他们的研究，该研究于6月6日发表在《细胞系统》杂志上，使用彩虹酵母细胞作为他们的研究系统。Mukherji说：“我们使用了一种称为高光谱成像的技术，它可以让我们标记细胞中几乎所有的主要细胞器，这样我们就可以直接观察细胞如何为这些隔间分配空间。”。Mukherji说，尽管他的团队没有发明高光谱成像，但他们是首批将其应用于了解细胞生长的研究人员之一。

新方法使他们能够同时可视化六种主要的代谢活跃细胞器。物理学家可以建立他们的实验，然后让数据告诉他们所有细胞器同时发生了什么，而不是像过去那样研究细胞器之间的单个或成对相关性。Mukherji说：“使用数据科学的技术，我们可以看到，当我们改变细胞生长的条件或改变它们的信号通路时，细胞是如何根据细胞器的空间来形成自己的模式的。”。

Mukherji希望他们开发的方法论——以及他的团队在这项分析中构建的新的数学理论框架——将有助于其他人研究细胞如何调节代谢和生长，这对健康和疾病都很重要。

科学家们发现，细胞内的某些细胞器比其他细胞器生长得更快。Mukherji说：“细胞必须做一些聪明的事情来让隔室生长，但速度不同。”。“基本上，它会挑选出某些细胞器，以满足增加的代谢需求。”

他们还观察到，一种特定的细胞器，即液泡，似乎在帮助细胞在恒定环境中以稳定的速度生长方面发挥着巨大的作用。Mukherji说：“液泡似乎非常善于缓冲细胞免受随机性的影响。”。Mukherji说：“与此同时，如果细胞确实需要改变其生长速度——因为它的环境发生了变化或其他什么——那么这就是似乎以正确方式做出反应的细胞器。”最后，研究人员查看了他们的数据，了解了是什么引发了细胞器生长的变化。

“如果大小和生长速率的竞争需求能够独立地传达给整个细胞，也许这会使整个系统更容易平衡这些竞争需求，“他说。

作为下一步，穆克吉和他的团队计划使用这些相同的想法来表征人类细胞。”他说：“我们可能会发现，在以代谢异常为特征的疾病中，从癌症到糖尿病再到免疫性疾病，细胞器特征、细胞大小、细胞生长和代谢特性之间的正常关系会变得异常。”