Сдвиги в стратегиях роста отражают компромиссы в клеточной экономике

Зависимая от скорости роста регуляция размера клетки, содержания рибосом и метаболической эффективности подчиняется общей закономерности у одноклеточных организмов: с увеличением скорости роста повышаются размер клетки и содержание рибосом, а также происходит переход к энергетически неэффективному метаболизму. Два последних явления также наблюдаются в быстрорастущих опухолевых клетках и клеточных линиях. Эти закономерности указывают на фундаментальный принцип организации. В биологии подобные особенности часто можно объяснить как результат оптимизации приспособленности. Здесь мы показываем, что в простых моделях самореплицирующихся систем эти закономерности являются следствием максимизации скорости роста. В то время как большинство моделей клеточного роста рассматривает лишь часть физиологии, например только метаболизм, представленный здесь подход интегрирует несколько подсистем в единую самореплицирующуюся систему. Такие модели могут приводить к принципиально различным оптимальным стратегиям. В частности, показано, что сдвиг метаболической эффективности обусловлен компромиссом между затратами на синтез ферментов и метаболической отдачей альтернативных катаболических путей. Модели объясняют, каким образом оптимизация роста посредством естественного отбора формирует стратегии роста.