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想象一个活生生的牢房，仿佛它是一座城市。如果你是这个（非常小，非常有活力）城市的城市规划师，你必须决定如何为不同的功能用途分配空间。
将活细胞想象成一座城市。如果你是这座（非常小、非常有活力）城市的城市规划师，你必须决定如何为不同的功能用途分配空间。
例如，城市的一部分应该划为住宅区，而另一些部分应该划为工业区；同时，你得找个地方放垃圾。理想情况下，所有这些必要的活动都应该被隔离开，以免相互干扰。
随着城市的增长，其不同的区域也需要扩张。在活细胞中也是如此。但所有组成部分都以相同的速度增长吗？你如何分配资源用于增长？
迄今为止，科学家们对细胞如何组织和优先考虑其区域（即被称为细胞器的功能结构）的增长知之甚少。这包括一些更熟悉的细胞器，如细胞核或产生能量的“工厂”线粒体。
华盛顿大学艺术与科学学院物理学助理教授尚卡尔·穆赫吉（Shankar Mukherji）领导的一项新研究是首批采用系统方法来测量和解释活细胞生长过程中细胞器变化的研究之一。他的团队在 6 月 6 日《Cell Systems》杂志上发表了这项使用彩虹酵母细胞作为研究系统的成果。
“我们使用了一种名为超光谱成像的技术，它让我们能够标记细胞中几乎所有主要的细胞器，以便直接观察细胞如何为这些区域分配空间。”尚卡尔·穆赫吉表示。
虽然穆赫吉的团队并非超光谱成像技术的发明者，但他们属于最早将其应用于理解细胞生长的研究人员之列。
这种新方法使他们能够同时可视化六个主要的代谢活性细胞器。与过去仅研究单个或成对相关性不同，物理学家可以设置实验，然后让数据告诉他们所有细胞器同时发生了什么。
“利用数据科学的技术，我们可以看到细胞在改变生长条件或改变信号通路时，如何在细胞器空间方面自我塑造。”穆赫吉说。
穆赫吉希望他们开发的方法——以及他们小组为此构建的新的数学理论框架——将帮助其他研究细胞如何调节代谢和生长的人，这在健康和疾病中都很重要。
创造空间 科学家发现，细胞内的某些细胞器比其他细胞器增长得更快。
“细胞必须做出聪明的举动，让区域增长，但不必以相同的速度，”穆赫吉说。“基本上，它会优先选择某些细胞器，以满足增加的代谢需求。”
他们还观察到，一个特定的细胞器——液泡，在帮助细胞在恒定环境中以稳定速度生长方面似乎扮演了重要角色。
“液泡似乎非常善于缓冲细胞免受随机性的影响，”穆赫吉说。“同时，如果细胞实际上需要改变其生长速度——因为环境变化或其他原因——那么这个细胞器似乎以正确的方式做出反应。”
最后，研究人员查看了他们的数据告诉他们关于引发细胞器生长变化的因素。
“我们让细胞经历了所有这些挑战，结果发现，由细胞大小变化引发的细胞器生长模式与仅由生长速度变化引发的模式完全不同，”穆赫吉说。
这很重要，因为它可能有助于解释为什么真核细胞在大小以及生长和代谢速率之间的关系上如此灵活。
“如果大小和生长速度的竞争需求能够独立地传达给整个细胞，也许这使得整个系统更容易平衡这些竞争需求，”他说。
作为下一步，穆赫吉和他的团队计划使用这些相同的想法来描述人类细胞。“有可能我们会发现，在代谢异常的疾病（从癌症到糖尿病再到免疫疾病）中，细胞器配置、细胞大小及其生长和代谢特性之间的正常关系变得异常，”他说。“我们是否能够揭示这些模式——以及它们是否仅仅是诊断性、预后性或实际构成疾病基础——是我们期待着手研究的内容！”
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