蛋白质组反映不同微生物中基于体型的生长限制|北京沫之东生物技术有限公司

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摘要

微生物的最大生长速率在塑造生态结果方面发挥着核心作用，也是生物工程研究的重要目标。已有数据汇编表明，在不同物种之间，单细胞最大生长速率总体上随细胞体积增大而降低，但从体积最小的微生物到中等大小的微生物，其生长速率会先出现升高。本文提出，这种单峰型关系是由核糖体的体积需求以及营养物质供给对细胞表面积的依赖共同塑造的。我们构建了一个将核糖体蛋白质量分数与生长速率和细胞大小联系起来的机制模型。来自97种原核生物的蛋白质组学数据涵盖了3个数量级的细胞体积范围，实证结果支持了该模型的预测。我们的分析表明，最小细胞的生长速率受到每个细胞内核糖体数量的体积约束，其代谢主要依赖紧凑型异养代谢。相比之下，最大型原核生物的生长速率受到特定资源获取速率的几何约束，从而限制了其生长速率以及对核糖体蛋白的投入，但同时允许其投入于包括光能营养和硫氧化在内的蛋白质消耗型代谢。中等大小的原核细胞既不受上述任一约束，其最大生长速率潜力更高；我们推测，这与其较高的代谢多样性有关。

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微生物的最大生长速率在塑造生态结果方面发挥着核心作用，也是生物工程领域的重要研究目标。以往的数据汇编表明，在不同物种之间，单细胞最大生长速率总体上随细胞体积的增大而降低，但从最小微生物到中等大小微生物的初始阶段存在增长。本文提出假设：这种单峰关系由核糖体的体积需求以及营养供应对表面积的依赖共同塑造。我们构建了一个将核糖体蛋白质量分数与生长速率和细胞大小联系起来的机制模型。来自97种原核生物的蛋白质组学数据涵盖了3个数量级的细胞体积，实证结果支持了该模型的预测。我们的分析表明，最小型细胞的生长速率受到每个细胞中核糖体数量的体积限制，并依赖于紧凑型异养代谢。相比之下，大型原核生物的生长速率受到特定资源获取速率的几何约束，从而限制了其生长速率及对核糖体蛋白的投入，但同时允许其投入蛋白质成本较高的代谢过程，包括光能营养和硫氧化。中等大小的原核细胞既不受上述任何一种约束，因此具有更高的最大生长速率潜力；我们推测，这与其更高的代谢多样性有关。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

基金资助信息声明

达蒙·鲁尼恩癌症研究基金会

，DRG-2470-22

西蒙斯基金会

，549931

版权

本文依据

CC-BY 4.0 国际许可协议

提供。

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发表于2026年10月07日。

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J. Scott P.

McCain

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Teemu P

Miettinen

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Rogier

Braakman

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Michael J.

Follows

bioRxiv

2026.10.06.756872；

doi：

https://doi.org/10.64898/2026.10.06.756872

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不同微生物的蛋白质组反映了基于大小的生长限制

J. Scott P.

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2026.10.06.756872；

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关键词：微生物生长速率 · 细胞体积 · 蛋白质组学 · 核糖体约束 · 原核生物 · 代谢多样性

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.06.756872v1?rss=1

来源出处

蛋白质组反映不同微生物中基于体型的生长限制 https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.06.756872v1?rss=1