泄漏必要的资源并不浪费，实际上有助于细胞生长
专家们无法解释为什么细菌到人类的细胞会泄漏出生长到环境中所必需的必需化学物质。新的数学模型表明，泄漏的代谢物-参与化学过程以维持生命并产生复杂分子和产生能量的化学物质-可能给细胞带来自私和无私的好处。
以前，生物学家只能说泄漏是由化学基本规则引起的细胞膜的固有特性。
“膜的本质是泄漏，但是如果泄漏是不希望的，为什么进化没有阻止它呢？这个’为什么？’的问题从来没有解决过”，东京大学复杂系统生物学研究中心的理论生物学专家Kunihiko Kaneko教授说。
研究团队使用了可以测量多个因素随时间变化的计算方法，称为动态系统建模，并结合了计算机模拟。在此模型中，研究人员考虑了细胞生长的非线性过程，其中细胞吸收外部营养，并通过细胞内化学反应将其转化为细胞内化学物质（包括营养素，酶和合成细胞体的成分。所有计算都假定模型细胞处于稳定的生长状态，其中它们的内部代谢和细胞内化学物质的相对浓度都稳定。
这些计算旨在确定如果某些化学合成途径的某些成分泄漏到环境中，它们将变得更有效率。化学合成途径的数学模型比活细胞中复杂的分支途径更简单，但允许研究人员寻找基本模式。
研究人员确定了两种具有催化反应的模型化学途径，这些途径使用酶来提高反应速率，他们称之为“通量控制”和“生长稀释”机制。在这两种机制中，泄漏一种基本的上游化学成分都会使最终产品的生产效率更高。因此，渗漏是细胞自私地促进自身生长的行为。
“理论上，通量控制机制通过在另一分支途径中泄漏必需化学物质而增强了生物质合成的途径，而生长稀释机制通过生物质前体（例如氨基酸）的泄漏而增强了生物质合成。细胞生长必不可少的因素。这是化学反应与细胞成交量增长相关的浓度稀释之间取得平衡的结果，”山本刚一毕业的一年级研究生说。
到目前为止，研究小组创建的模型一次只考虑一种类型的单元格。然而，对于仅以相同类型的细胞泄漏相同成分的细胞而言，泄漏上游成分可能成为问题。
“在许多情况下，如果所有细胞都泄漏相同的分子，那么它们的环境将被’污染’。但是，如果多种细胞类型生活在一起，那么它们可以泄漏一种化学物质，而使用另一种泄漏的化学物质。”
泄漏的必需营养素的这种互利交易所可能是增强整个细胞群落生长的无私方法。
Yamagishi说：“我们的工作可能部分回答了为什么自然环境与人工实验室条件下的细菌在纯单培养中生长的情况如此不同的问题，但是我们将需要其他模型来确保这一点，”
研究人员正计划设计更复杂的数学计算，以更好地模拟多种类型的细胞共存的自然条件，以查看是否揭示了其他类型的受益于泄漏的合成途径。
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