Physical aspects of bacterial cell division

Das Wachstum einer Bakterienpopulation wird bestimmt durch das Wachstum und die Zellteilung der einzelnen Zellen innerhalb einer Population. Da bei jeder Zellteilung zwei neue Zellen entstehen, ist das Wachstum einer Population exponentiell. Die Eigenschaften von Populationen können als Mittelwerte über die Eigenschaften aller einzelnen Zellen verstanden werden. Da eine Population aus sehr vielen einzelnen Zellen besteht, sind unter gleichen Bedingungen auch die Mittelwerte und damit die Populationseigenschaften immer gleich. Auf Einzelzellebene allerdings existieren Variationen zwischen den einzelnen Zellen. Zahlreiche aktuelle Untersuchungen zeigen, wie stark gewisse Eigenschaften innerhalb einer Population variieren können. Manche Bakterien haben Mechanismen entwickelt, um zu starke Fluktuationen zwischen den Zellen zu vermeiden. So wurde beobachtet, dass einige Zelleigenschaften stärker schwanken als andere. Zum Bespiel ist der Ort der Zellteilung sehr präzise reguliert, andere Wachstumseigenschaften hingegen verhalten sich sehr divers. Daraus ergibt sich die Frage, welchen Einfluss Fluktuationen auf Einzelzellebene unter verschiedenen Bedingungen auf die gesamte Population haben. In dieser Arbeit werden Eigenschaften und Strategien im Zusammenhang mit Zellteilungsprozessen von Bakterien diskutiert. In den untersuchten biologischen Systemen wird das makroskopische Verhalten einer Population von den Eigenschaften der Zellen auf mikroskopischer Ebene bestimmt. Zunächst werden Mechanismen mit denen eine einzelne Zelle den Ort ihrer eigenen Teilung festlegen kann untersucht. Die Position, an der die Teilung erfolgt, wird von speziellen Proteinen kontrolliert. Die Simulation der Diffusion und der Reaktionen einzelner Proteine in der Zelle lassen Rückschlüsse auf das Verhalten auf zellulärer Ebene zu. Im Anschluss wird die Population als Ganzes betrachtet. Hier wird das Wachstumsverhalten der Population aus dem Wachstum und der Teilung ihrer Zellen abgeleitet.