Der mechanistische oder molekulare Ursprung der Kontrolle des bakteriellen Seitenverhältnisses ist seit mehr als vier Jahrzehnten ein ungelöstes Problem (siehe z. B. Zaritsky, 2015; Zaritsky, 1975). In unserem Manuskript liefern wir das erste biophysikalische Modell für die Seitenverhältnishomöostase bei stäbchenartigen Bakterien und erläutern den zugrunde liegenden molekularen Mechanismus, der zukünftige experimentelle Studien informieren wird., Unsere Ergebnisse bringen das Feld der „bakteriellen Zellgrößenkontrolle“ in eine neue Richtung, die sich bisher auf die individuelle Kontrolle von Zellvolumen,-länge oder-breite konzentriert hat und dabei vernachlässigt, wie bakterielle Länge und-breite gekoppelt sind, um stabartige Zellformen zu erzeugen.
Zur Unterstützung unseres Modells haben wir eine große Anzahl von Zellformdaten (~5000 Bedingungen) aus vielen verschiedenen Labors gesammelt, die tatsächlich bestätigen, dass das Seitenverhältnis in E. coli (und 7 anderen Organismen) unter vielen verschiedenen Störungen konserviert ist zu den Wachstumsbedingungen (Abbildung 1)., Wichtig ist, dass unser Modell auch vorhersagt, unter welchen Bedingungen E. coli-Zellen von ihrem homöostatischen Seitenverhältnis von 4:1 abweichen können, und wir haben unsere quantitativen Vorhersagen für filamentöse und sphärische Zellformen anhand experimenteller Daten getestet (Abbildung 2). Daher geht es in unserer Arbeit nicht nur um die Aufrechterhaltung des 4:1-Seitenverhältnisses bei E. coli, sondern im Weiteren um die Kontrolle bakterieller Zellformen unter vielen verschiedenen Störungen.
Aus den Kommentaren der Rezensenten geht hervor, dass die Hauptprobleme unseres Manuskripts in der Darstellung der Ergebnisse liegen (z., „Universalität“) und Bedenken hinsichtlich der Neuheit unseres Modells im Kontext früherer Studien. Dies ist zum Teil auf eine unzureichende Kommunikation unsererseits zurückzuführen. Nachdem wir die Kommentare der Rezensenten sorgfältig gelesen und überlegt haben, glauben wir, dass eine Verbesserung der Präsentation unserer Ergebnisse, eine verbesserte Klarheit des Schreibens und eine erweiterte Beschreibung des Modells alle Kommentare der Rezensenten gründlich und vollständig ansprechen werden.
Reviewer #1:
Dieses Manuskript kompiliert Daten über die Länge, Breite und Wachstumsrate von E., coli unter einer Reihe von experimentellen Störungen,wie Veränderungen im Wachstumsmedium, Inkubation in Antibiotika, inhibierte Proteinsynthese usw. und zeigt, dass das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen stark erhalten bleibt. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit den jüngsten Arbeiten der Gruppe von Julie Theriot (die in Harris und Theriot, 2016; 2018 zitiert wird). In diesem Manuskript fügt der Autor auch Daten von anderen stäbchenförmigen Bakterien hinzu, die ein ähnliches Verhalten zeigen (Abbildung 1G)., Die Autoren verwenden dieses Ergebnis, um ein Modell für die Regulierung des Seitenverhältnisses zu entwickeln, das auf einem exponentiellen Wachstum der Seitenlänge bei fester Breite, einer FtsZ-Produktion mit einer Rate proportional zur Volumenwachstumsrate (die unter der Annahme einer konstanten Breite auch davon ausgeht, dass die FtsZ-Produktion proportional zur Längenwachstumsrate ist) und einer Division basiert, die auftritt, wenn die FtsZ-Produktion einen kritischen Wert erreicht, der proportional zur Breite ist. Dieses Modell prognostiziert ein konstantes Seitenverhältnis und die Autoren gehen dann auf die Dynamik unter Impulstyp Störungen vorherzusagen.,
Wir schätzen die prägnante Zusammenfassung unserer Arbeit. Während unsere Ergebnisse mit einem kürzlich von Julie Theriots Gruppe vorgeschlagenen Modell übereinstimmen, ist es wichtig, den Hauptunterschied zu beachten: Harris und Theriot zeigten, dass stäbchenförmige Bakterien (E. coli, C. crescentus) ein homöostatisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (S/V) beibehalten. Hier decken wir eine viel stärkere geometrische Einschränkung auf, dass Bakterien (insbesondere E. coli) die Beziehung S=yV2/3 (mit einer konstanten γ) unabhängig von der Wachstumsrate aufrechterhalten., Darüber hinaus führt das Harris-und Theriot-Modell nicht zur Kontrolle des Seitenverhältnisses, wie in Antwort auf einen Kommentar von Reviewer #2 angesprochen.
ich habe zwei Hauptprobleme mit dem Manuskript.
Erstens ist die einzige Neuheit des Modells die Annahme, dass eine kritische Menge an FtsZ erforderlich ist, um die Zelle zu teilen, und dass dies von der Breite abhängt. Ich denke, dass dies eine vernünftige Annahme ist, aber ich denke auch, dass die Gesamtergebnisse ziemlich offensichtlich sind. Das heißt, es ist nicht klar, dass das Modell einen signifikanten Fortschritt in unserem Verständnis bietet.,
Unser Modell und unsere Analyse erweitern den aktuellen Stand des Verstehens auf viele Arten:
– Wir liefern das erste biophysikalische Modell zur Kontrolle des Seitenverhältnisses bei Bakterien und identifizieren die molekularen Ursprünge. Wir unterstützen unser Modell durch große Populationsmessungen (~5011 Wachstumsbedingungen bei E. coli, 50 verschiedene Bakterienarten) und Einzelzellmessungen in der Muttermaschine (n~80.000). Warum E. coli-Zellen ein konstantes Seitenverhältnis beibehalten, ist seit mehr als einem halben Jahrhundert rätselhaft (Zaritsky, 1975; Zaritsky, 2015), ohne dass zuvor ein Modell vorhanden war.,
– Das Modell für die Seitenverhältnishomöostase bietet einen konzeptionellen Sprung auf dem Gebiet der Kontrolle der Bakterienzellgröße, indem gezeigt wird, dass die zusätzliche Zelllänge für stabartige Zellen an ihren Durchmesser gekoppelt ist. Frühere phänomenologische Modelle behandelten Zelllänge und-durchmesser als unabhängige Kontrollvariablen (Taheri-Araghi et al., 2015, Harris und Theriot, 2016).
– Wir denken, es ist nicht offensichtlich, dass E. coli-Zellen ihre Seitenverhältnisse unter einer Vielzahl von Störungen der Nährstoffbedingungen, Ribosomen, Proteinüberexpression oder Deletion bewahren (Abbildung 1A)., Unser Modell identifiziert nicht nur, dass die Aufrechterhaltung des Seitenverhältnisses aus einer ausgewogenen Biosynthese von Wachstums-und Teilungsproteinen (k/kP-Konstante) resultiert, sondern prognostiziert auch, unter welchen Störungen Zellen von ihrem homöostatischen Seitenverhältnis von 4:1 abweichen können (Abbildung 4). Wir liefern ein quantitatives, experimentell testbares Modell zur Kontrolle der Zellform, das über die Regulierung der FtsZ-Kinetik hinausgeht.,
Das heißt, es gibt auch ein kleines Problem mit dem Modell, da wir erwarten würden, dass die Bindungsrate von FtsZ vom Verhältnis von Oberfläche zu Volumen abhängt (was sich als nicht wichtig herausstellt, da die Autoren am Ende davon ausgehen, dass die Rate, die der Ring aufgebaut hat, gleich der Proteinproduktionsrate ist).
Es ist unklar, warum die FtsZ-Bindungsrate von S/V abhängen sollte Die Ratengleichungen werden in Bezug auf die Menge der oberflächengebundenen und zytoplasmatischen FtsZ und nicht auf ihre Konzentrationen formuliert., Wenn nur die Geschwindigkeitsgleichungen in Bezug auf die Konzentration von zytoplasmatischen (c) und oberflächengebundenen Proteinen (cr) formuliert würden, dann würde die Steigerungsrate der oberflächengebundenen Konzentration von FtsZ natürlich von S/V abhängen
dcrdt=kcr+kbVSc-kdcr
Zweitens, wenn wir Änderungen der FtsZ-Bindungsrate mit S/V berücksichtigen würden, zeigen unsere Simulationen, dass dies vernachlässigbare Auswirkungen auf das Seitenverhältnis hat. Für stabförmige Zellen, S/V ~1 / w in erster Näherung, wobei w Zellbreite ist. Da sich während eines Zellzyklus die Breite nicht ändert, bleibt S/V ungefähr konstant (neue Abbildung 4—Abbildung Ergänzung 1A)., Wenn sich die Breite der Bakterien aufgrund von Änderungen der Wachstumsbedingungen ändert, kann die Gesamtbindungsrate beeinflusst werden durch (S/V), da die Fläche des Z-Rings = δw ~δ/(S/V) ist, wobei δ die laterale Breite des FtsZ-Rings ist. E. coli Breite Veränderungen in verschiedenen Wachstum Bedingungen von etwa 0,5 bis 1 µm (Taheri-Araghi et al., 2015), so dass sich S/V um einen maximalen Faktor von 2 ändern kann. Um den Effekt von Änderungen der Bindungsrate zu beheben, simulierten wir unser dynamisches Modell, indem wir das Verhältnis kb/kd in 4 Größenordnungen änderten., Die Abbildung in Abbildung 4-figure Supplement 1B zeigt die Abhängigkeit des zellulären Neugeborenen-Seitenverhältnisses (n = 10000, während des Steady-State-Wachstums) von kb/kd. Im Limit kb>>kd, Seitenverhältnis~4 wie erwartet. Der Faktor der 2-Änderung selbst für den Grenzlinienfall von kb / kd = 10 hat jedoch vernachlässigbare Auswirkungen auf das Seitenverhältnis der Zelle.
Wie der Rezensent jedoch feststellte, entspricht die Rate der FtsZ-Rekrutierung dem Z-Ring (~10s, Soderstrom et al. Nat Commun 2018) ist viel schneller als die Wachstumsrate., Infolgedessen wird die Geschwindigkeit, mit der der Ring aufgebaut wird, durch die Produktionsrate von FtsZ im Zytoplasma bestimmt.
Beachten Sie auch, dass die Gleichung fordPrdt einen Tippfehler enthält, der beide Raten multipliziert.
Wir haben den Tippfehler im Manuskript korrigiert und danken dem Rezensenten dafür, dass er darauf hingewiesen hat.
Zweitens und noch wichtiger ist, dass die Ergebnisse zwar gut mit den Daten übereinstimmen, es jedoch eine Reihe von Aspekten der Präsentation gibt, die irreführend sind. Der Titel behauptet, dass die hier vorgestellten Ergebnisse/Modelle universell sind., In Abbildung 1G wählen die Autoren 7 Bakterien aus, um zu behaupten, dass die Skalierung von SA = 2 π V(2/3) unter Bakterien allgegenwärtig ist. Wie bereits erwähnt, deutet dies auch darauf hin, dass ein Seitenverhältnis von ~4 die Regel für stäbchenförmige Bakterien ist. Das ist nicht wahr. Als Beispiel hat Myxococcus xanthus ein Seitenverhältnis um 7-8 und Spirochäten haben Seitenverhältnisse von ~30! Noch wichtiger ist, dass einzelne Arten nicht immer das gleiche Seitenverhältnis beibehalten. Bei B. subtilis kann das Seitenverhältnis zwischen mindestens 3,8 – 8 variieren (siehe Ilkanaiv et al., 2017). Daher kann dieses Modell auf E anwendbar sein., coli (und möglicherweise einige andere Bakterien), aber es ist nicht universell.
Wir entschuldigen uns für das Missverständnis, das möglicherweise durch mangelnde Klarheit in unserer Präsentation ausgelöst wurde. In unserer ursprünglichen Einreichung haben wir nicht behauptet, dass das Seitenverhältnis 4:1 oder äquivalent S = 2nV 2/3 universell ist. Stattdessen fanden wir heraus, dass ein „universelles“ Skalierungsgesetz S=yV2/3 unter stabförmigen oder kokkoiden Bakterienarten erhalten bleibt, was die Aufrechterhaltung eines festen Seitenverhältnisses impliziert (Abbildung 1A und E, Datensatz erweitert)., Es ist in der Tat möglich, dass verschiedene Bakterien unterschiedliche Werte für γ haben. Zum Beispiel zeigen wir in Abbildung 1E (zuvor 1G), dass das Coccoid S. aureus unter verschiedenen Störungen die Beziehung S = 4.92 V 2/3 beibehält, was die Erhaltung desselben Skalierungsfaktors (2/3) unter Beibehaltung eines anderen Seitenverhältnisses impliziert (1.38 +/- 0.18). In der gleichen Abbildung (1E) zeigen wir nun Daten für insgesamt 48 verschiedene stäbchenförmige Bakterien und 1 stäbchenförmige Archaeen (H. vulcanii), die alle bemerkenswert der Kurve S = 2nV2/3 folgen.,
Darüber hinaus prognostiziert unser Modell auch, wie das Seitenverhältnis und die Zellbreite verändert werden können, indem (k/kp) und (k/β), was zu filamentösen oder sphärischen Zellen führt, in Übereinstimmung mit den verfügbaren experimentellen Daten geändert werden. In Abbildung 4 (zuvor Abbildung 2) zeigen wir, dass unser Modell tatsächlich die Aufschlüsselung des 4:1-Seitenverhältnisses in E. coli unter FtsZ-oder MreB-Störungen vorhersagt.
Der Rezensent hat jedoch einen ausgezeichneten Punkt gemacht, dass lange filamentöse Zellen, wie Spirochäten, ihre Seitenverhältnisse nicht unbedingt erhalten., In Abbildung 1E enthalten wir nun auch die Daten für Spirochäten als eine der Ausnahmen von der Regel S=yV2/3. Wir haben daher den Begriff „universell“ aus dem Titel und der Zusammenfassung unseres Papiers gestrichen. Tatsache bleibt jedoch, dass E. coli ihre Seitenverhältnisse unter verschiedenen Größenstörungen, die sich über zwei Größenordnungen erstrecken, bemerkenswert konserviert (Abbildung 1A), ebenso wie 50 andere Zelltypen (Abbildung 1E).
Motiviert durch die Kommentare der Reviewer 1 und 2 fügen wir nun ein Schema in Abbildung 1D ein, um die erwarteten Skalierungsbeziehungen für verschiedene Bakterienformen zu veranschaulichen., Filamentöse Zellen (Helicobacter, Spiroplasma, Spirochäten, Myxobacter) würden wahrscheinlich der Beziehung SµV folgen, während kokkoide oder stabförmige Zellen dem Skalierungsgesetz folgen: SµV2/3.
Rezensent #2:
In dieser Studie untersuchten die Autoren die Größe und Form einer Vielzahl von „stabförmigen“ Zellen, indem sie Bilddaten von mindestens sieben verschiedenen Arten und Tausenden von Gesamtbedingungen (Genotyp x Nährstoffe x Antibiotika) sammelten., Unter all diesen Bedingungen finden die Autoren ein einfaches Skalierungsgesetz zum Verhältnis Oberfläche/Volumen, nämlich eine Skalierung, die das Seitenverhältnis der Zelle bei ungefähr 4:1 beibehält. Angesichts dieser Beobachtung bauen sie ein einfaches, mechanistisch inspiriertes quantitatives Modell für das Wachstum der Zelle auf. Mit diesem Modell können sie drei Parameter (k, kp, β) abstimmen, um eine Sammlung von genetischen Knockdown-und Antibiotika-Behandlungsexperimenten abzugleichen.,
Das Verständnis, wie die Zellgröße und-form-Homöostase im gesamten Bakterienreich aufrechterhalten wird, ist ein sehr interessantes und wichtiges Problem, und diese Autoren sollten dafür gelobt werden, dass sie die Gemeinschaft dazu drängen, zu berücksichtigen, dass diese Mechanismen in einem breiten phylogenetischen Bereich erhalten bleiben können. Angesichts der umfangreichen Literatur, die bereits über die Homöostase der Zellgröße/ – form verfügbar ist, und insbesondere der von den Autoren von Harris und Theriot erwähnten Rezension, ist die wissenschaftliche Messlatte für ein produktives Engagement zu diesem Thema jedoch bereits recht hoch., Ein Großteil der intellektuellen treibenden Kraft für diese Arbeit scheint sich direkt aus der Hypothese von Harris und Theriot zu ergeben: „Während viele Studien das Volumen in diesem Szenario als aktiv kontrollierten Parameter behandelt haben, deutet unsere jüngste Arbeit darauf hin, dass es wahrscheinlich umgekehrt ist und dass SA/V die aktiv regulierte Variable ist, wobei die Größe nach Bedarf folgt .“Die aktuelle Arbeit versucht, die in Harris und Theriot vorgestellten mechanistischen Modelle zu erweitern oder Alternativen bereitzustellen sowie zusätzliche Daten in andere Arten zu integrieren., Da die Idee der SA / V-Skalierung jedoch nicht neu ist, würde die Attraktivität für ein breites Publikum wie das von eLife eine experimentelle Validierung ihres mechanistischen Modells erfordern.
Zusätzlich zu den Kernanliegen um die Neuheit der zentralen Hypothese und Gültigkeit des mechanistischen Modells gibt es einige Probleme, die die Autoren berücksichtigen könnten:
Wir danken dem Rezensenten, dass er die wichtigsten Aspekte unserer Arbeit zusammengefasst und die Bedeutung des Studienbereichs erkannt hat. Im Folgenden behandeln wir einige der wichtigsten oben angesprochenen Kommentare., „umfangreiche Literatur, die bereits über die Homöostase der Zellgröße/ – form verfügbar ist“ –In den letzten fünf Jahren wurde viel an der Entwicklung phänomenologischer Modelle zur Kontrolle der Zellgröße gearbeitet. Phänomenologische Modelle für die Homöostase der Bakterienzellform behandeln die Kontrolle der Zelllänge getrennt von der Kontrolle der Zellbreite in stäbchenförmigen Bakterien. Wir stellen ein molekulares Modell zur Verfügung, um zum ersten Mal zu zeigen, dass Bakterienzellabmessungen gekoppelt sind, um das Seitenverhältnis zu erhalten, wodurch das Feld der Zellgröße und Formhomöostase verknüpft wird.,
„ein Großteil der intellektuellen treibende Kraft für diese Arbeit zu Folgen scheint direkt aus der Hypothese von Harris und Theriot“ – Unser Modell zeichnet Beweise aus mehreren neuere experimentelle Studien, während die Befragung der Harris und Theriot (HT) Hypothese. Es ist wichtig, die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Modellen zu erkennen. HT-Modell führt nicht zur Erhaltung der S-zu-V-Skalierung oder des Seitenverhältnisses, sondern führt zu einem Modell zur Steuerung der Zellenbreite (Eq. 3)., Das Modell schließt daraus, dass das S / V-Verhältnis eine Funktion von Wachstumsmedien ist, so dass Zellen bei Störungen der Wachstumsrate einen neuen homöostatischen Wert von S/V erreichen. Hier schlagen wir stattdessen eine viel stärkere Einschränkung vor, dass Zellen die Skalierungsbeziehung S = µV 2/3 (μ a Konstante) unter verschiedenen Wachstumsstörungen (~5000 Bedingungen) über ~50 verschiedene Bakterienarten hinweg beibehalten. Darüber hinaus ist das HT-Modell unabhängig von molekularen Mechanismen. Hier bieten wir einen expliziten molekularen Kandidaten (FtsZ) für die Kontrolle der Bakterienform, in Übereinstimmung mit aufregenden neuen Beweisen von Si et al., 2019., Zusammengenommen integriert unser Modell das Adder-Modell für die Homöostase der Zellgröße mit der Regulierung des S / V-Verhältnisses und des FtsZ und bietet einen integrativen Rahmen, der die Kontrolle der Bakterienform mit nur drei physiologischen Parametern erfolgreich vorhersagt.
„die Idee, SA/V Skalierung der Naturschutz ist nicht neu“ – Wir kennen keine anderen Studien, die vorschlagen, die Erhaltung der Skalierung-Verhältnis S = µV 2/3 über Wachstumsbedingungen, noch ein Modell für Sie., Andere haben nur Beweise für die Regulierung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses nach Wachstumsrate gezeigt, was eine natürliche Folge unseres Modells ist (Abbildung 1C).
“ Ein breites Publikum wie das von eLife anzusprechen, würde eine experimentelle Validierung ihres mechanistischen Modells erfordern – – Unser Modell basiert eng auf experimentellen Daten (siehe Abbildungen 1-4), und wir vergleichen unsere Modellvorhersagen ausführlich mit experimentellen Daten im gesamten Manuskript., Da wir kein Versuchslabor sind, haben wir Daten aus einer Reihe verschiedener Labors zusammengestellt, um zu zeigen, dass unser Modell mit allen verfügbaren Zellformdaten über ~50 Bakterienarten und ~5000 Wachstumsbedingungen für E. coli übereinstimmt. Wir freuen uns auf jeden Fall über Vorschläge, unser Modell weiter zu testen.,
Hauptpunkte:
1) Die Autoren sollten klar erklären, wie ihr mechanistisches Modell im Gegensatz zu dem von Harris und Theriot vorgeschlagenen zellwandorientierten Modell steht, und versuchen, Experimente mit vorhergesagten Ergebnissen vorzuschlagen, die ein peptidoglycan-zentriertes Modell von einem FtsZ-zentrierten Modell unterscheiden würden. Wenn die Daten bereits vorhanden sind, um einen von ihnen auszuschließen, sollte dies klar dargestellt werden.,
Wir stimmen dem Rezensenten zu, dass eine klarere Diskussion über den Kontrast zwischen unserem Modell und dem von Harris/Theriot im Manuskript artikuliert werden sollte. In der überarbeiteten Manuskript, wir haben erweitert die Diskussion um markieren Sie die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen beiden Modellen.
Vor allem unter dem Vergleich ist, dass Harris und Theriot eine homöostatische Regulierung von S/V in einer wachstumsratenabhängigen Weise vorschlägt. Während wir eine viel stärkere geometrische Einschränkung vorschlagen, dass die Skalierungsrelation S = µV 2/3 unabhängig von der Wachstumsrate erhalten bleibt., Dieses Ergebnis widerspricht jedoch nicht dem Modell von Harris / Theriot.
Zweitens schlugen Harris und Theriot ein Modell vor, bei dem sich Zellen teilen, sobald sich eine Schwellenmenge an überschüssigem Oberflächenmaterial, ΔA, in der Zelle angesammelt hat. Aus diesem Modell folgt, dass ΔA = ΔV (β/k – 2/r) = konstant ist, wobei r der Zellradius des Querschnitts ist. Dies wiederum steht im Widerspruch zu experimentellen Daten (Abbildung 1).,
Drittens können wir in der Tat mehrere experimentelle Tests für unser Modell vorschlagen, wie im überarbeiteten Manuskript hervorgehoben:
– Unser Modell würde vorhersagen, dass die FtsZ-Überexpression zu Minizellen führt, während die FtsZ-Deletion längliche Phänotypen induzieren würde (Abbildung 4A). Diese Prognosen stehen im Einklang mit Daten aus Potluri et al., 1999, und Zheng et al., 2016.
– Schwingungen in der FtsZ-Menge würden in Übereinstimmung mit neuen Daten von Si et al.zu Schwingungen der Zellgröße führen., 2019.
– Gesamtfülle von FtsZ-Skalen mit Zelldurchmesser, in Übereinstimmung mit Daten von Shi et al., 2017.,
– Wir sagen weiter voraus, dass der FtsZ-Knockdown die Erhaltung des Seitenverhältnisses unterbrechen würde, während die Zellwandvorläufer die Wachstumsrate ändern würden, aber nicht das Seitenverhältnis oder die Skalierungsbeziehung S = µV 2/3 ändern würden. Abbildung 4-Abbildung 1C zeigt die Skalierung von Oberfläche zu Volumen für mit Fosfomycin behandelte E. coli-Zellen, die auf MurA (Beeinflussung der Zellwandbiogenese) und FtsZ-Depletion abzielen. Wir finden, dass mit Fosfomycin behandelte Zellen die S~V2/3-Skalierung beibehalten, während die FtsZ-Erschöpfung die S~V2/3-Skalierung unterbricht., Dies ist ein klarer Kontrast zwischen der Rolle von Zellwandvorläufern und FtsZ bei der Zellformkontrolle, was impliziert, dass ein zellwandvorläuferbasiertes Modell allein nicht ausreicht, um Formänderungen zu berücksichtigen.
Als ein solches Beispiel zeigen die Autoren, dass die Abstimmung eines Parameters (kp) mit dem experimentellen Begriff übereinstimmt, die Produktion von FtsZ niederzuschlagen. Sie zeigen jedoch nicht, ob eine quantitative Übereinstimmung zwischen der Produktionsrate von FtsZ und dem Betrag besteht, den sie für eine Änderung des kp erwarten (40%).,
Unser Modell sagt voraus, dass eine Reduktion der FtsZ-Produktionsrate auf 40% des WT zu einem beobachteten Phänotyp in Zheng et al., 2016. Dies steht im Einklang mit der Reduktion der relativen mRNA auf ~ 40%, was der Zugabe von 3 ng/ml aTc entspricht (Abbildung 2B von Zheng et al.). Wir kommentieren dies in unserem Manuskript und danken dem Rezensenten dafür, dass er darauf hingewiesen hat.,
2) Die Verwendung von ‚universal‘ im Titel des Papiers übertrifft signifikant die Breite der Arten, die in den Beobachtungen enthalten sind, und ein Machtgesetz, das Daten beschreibt, die ungefähr eine Größenordnung umfassen. Während die Autoren eine große Sammlung von Daten enthalten, ist die Sammlung für alle verfügbaren Größen – /Formdaten bei weitem nicht umfassend, und die Autoren geben nicht eindeutig an, warum sie sich auf die Daten beschränkt haben., Eine schnelle Literaturrecherche zeigt anekdotische Beweise für Bakteriengrößen, die viel kleiner sind als ein Mikron wie Brevundimonas (PDA J Pharm Sci Technol. 2002 Mär-Apr;56(2): 99-108.) bis fast einen Millimeter lang Epilopiscium (J. Protozoal., 35(4), 1988, S. 565-569). Zugegeben, diese Veröffentlichungen haben möglicherweise nicht die gleiche Art von Daten, die für die direkte Integration in ihr Modell erforderlich sind, aber für eine Diskussion über die „universelle Skalierung“ sollten sich die Autoren dazu drängen, eine möglichst große Längenskala abzudecken., Bei der Auswahl einer Reihe von Arten für die Aufnahme in diese Studie scheint die mikrobiologische Gemeinschaft bereits ein Seitenverhältnis von etwa 4:1 in ihrer Definition von stäbchenförmigen Bakterien ausgewählt zu haben. Zum Beispiel werden Zellen, die ein viel kürzeres Seitenverhältnis haben, mit dem Begriff ovoid oder Lanzette (Streptococcus pneumoniae) oder sphärisch (Staphylococcus aureus hier enthalten) bezeichnet, und solche, die viel länger sind, werden filamentös (Sphaerotilus natans) genannt., Verwirrenderweise enthalten diese Autoren keine Arten, die traditionell als stäbchenförmige Zellen mit einem längeren Seitenverhältnis klassifiziert wurden, wie (Helicobacter, Spiroplasma, Spirochäten, Myxobacter).
Wir sprechen diesen Punkt als Antwort auf den ersten Rezensenten an. Beide Rezensenten haben einen relevanten Punkt angesprochen, dass lange filamentöse Zellen, wie Spirochäten, ihre Seitenverhältnisse nicht unbedingt erhalten. In Abbildung 1E enthalten wir nun verfügbare Formdaten für Spirochäten als eine der Ausnahmen von der Regel S=yV 2/3., Wir haben daher den Begriff „universell“ aus dem Titel und der Zusammenfassung unseres Papiers gestrichen. Tatsache bleibt jedoch, dass stäbchenförmige Bakterien (E. coli) ihre Seitenverhältnisse unter verschiedenen Größenstörungen, die sich über zwei Größenordnungen erstrecken, bemerkenswert erhalten (Abbildung 1A).
In Abbildung 1E haben wir den Datensatz nun um zwei Größenordnungen erweitert, indem wir 49 verschiedene stäbchenförmige Bakterienarten und 1 stäbchenförmige Archea einbezogen haben. Sie alle liegen auf der Kurve S=yV 2/3 und bestätigen unsere Vorhersagen. Darüber hinaus haben wir auch die E erweitert., coli verursacht durch 30 weitere Nährstoffwachstumsbedingungen (Gray et al., 2019), bestätigt unsere erste Aussage der Seitenverhältnishomöostase.
Wir sind dem Gutachter für die Bereitstellung der Papiere dankbar, die einen drastischen Volumenbereich in Bakterien über 2 Größenordnungen berichten. Bakterien, die wir in Abbildung 1E einbeziehen, sind diejenigen, von denen bekannt ist, dass sie während der binären Spaltung FtsZ-Maschinen verwenden. Dies soll die Konsistenz mit unserem Modell aufrechterhalten, das auf der FtsZ-Regelung basiert. Aus diesem Grund haben wir Epulopiscium nicht in unsere Analyse aufgenommen., Wir haben auch keine Sphaerotilus natans in unsere Grafik aufgenommen, da wir keine guten Formmessungen dafür finden konnten. Wir haben auch einen neuen Cartoon in Abbildung 1D eingeführt, der zeigt, wie lange fadenförmige Zellen, die ihre Breite konstant halten, ein anderes Skalierungsgesetz S~V
3) Ich bin nicht ganz überzeugt, dass die universelle Skalierung innerhalb der Einzelzellendaten gilt (Abbildung 1D)., Durch das Zeichnen der Einzelzellendaten aus einer Vielzahl von Experimenten scheint der Bereich der Daten den Durchschnitten eine größere Priorität einzuräumen. Innerhalb jeder Bedingung scheint es jedoch klare Abweichungen vom „Einzelseitenverhältnis“ zu geben, die mit dem Einzelzellwachstumsmodell des Autors übereinstimmen, dass Zellen wachsen, ohne ihren Durchmesser vor der Teilung zu ändern. Dies sollte zu einer ungefähr zweifachen Änderung des Seitenverhältnisses von der Geburt zur Teilung führen. Ich denke, darauf beziehen sich die Autoren im vierten Absatz der Einleitung, sollten aber ausführlicher diskutieren.,
In unserer ursprünglichen Einreichung hatten wir bereits ausführlich die Abweichung von der 2/3-Skalierung in den Einzelzellendaten untersucht (Abbildung 2—Abbildung 1A-B). Der Hauptgrund für die Abweichung von 2/3 Skalierung kommt von großen Schwankungen in der Länge des Neugeborenen für eine gegebene Breite von Bakterien. Mit unserem Modell können wir die Abweichung von der universellen Skalierung quantitativ erklären, indem wir experimentell gemessene Schwankungen der Zellbreite und-länge in Übereinstimmung mit experimentellen Daten einbeziehen., Wir haben nun versucht, dies im Manuskript und in der ergänzenden Bildunterschrift besser zu erklären.
4) Ich verstehe Abbildung 2B überhaupt nicht. Insbesondere das Binden der Daten, die ich in Taheri-Araghi et al., 2015, wird durch die Größe der Zellen bei der Geburt gebunden, nicht die individuelle Zellwachstumsrate. Ferner beschreiben die Autoren nicht, wie sie aus den Daten in Taheri-Araghi et al., 2015, zu den Daten in Abbildung 2B, aber es könnte sein, dass sie die Rohdaten von den Autoren erhalten und eine neue Art von Analyse durchgeführt., Wenn ja, sollte eine Beschreibung dieses Prozesses enthalten sein.
Uns wurden freundlicherweise die Rohdaten für Einzelzellenbreite und-länge bei verschiedenen Wachstumsraten (Bedingungen) vom Suckjoon Jun Lab zur Verfügung gestellt. Wir haben die Daten neu analysiert, das notwendige Binning und die Analyse durchgeführt. Wir haben dies im Anhang und in jeder Bildunterschrift klar dargelegt.
5) Mir ist unklar, warum die MreB-und FtsZ-Knockdown-Daten von Si et al. ist in der Masse Abbildung 1A Daten enthalten, aber die MreB und FtsZ Knockdown Daten von Zheng et al., wird als völlig separates Experiment behandelt. Wenn der Ansatz, den diese beiden Studien verwendeten, unterschiedlich war, kann es hilfreich sein zu erklären, warum einige Daten an einem Ort enthalten sind und andere nicht.
Aus Gründen der Konsistenz zeichnen wir nun die MreB-und FtsZ-Knockdown-Daten von Si et al. in Abbildung 4B. Die Knockdown-Daten von Si et al. decken Sie einen kleinen Dynamikbereich ab, sodass es schwierig ist, allein aus diesen Daten einen klaren Trend zu extrahieren. Dies liegt vermutlich daran, dass Zellen in diesen Knockdown-Experimenten in langsamen Wachstumsmedien (MOPS) + 6 a. a. mit einer Wachstumsrate ~0 gezüchtet wurden.,75 h-1 und kleiner Störungen, während die Daten von Zheng et al. 4B) werden aus Experimenten mit Rich Media (RDM + Glucose, mit Wachstumsrate 1,6 h-1) und großen Störungen erhalten. Der trend in Si et al. scheint konsistent zu sein mit denen, die in Zheng et al.
https://doi.org/10.7554/eLife.47033.015
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