Fundamental limits to progression of cellular life in frigid environments
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Life on Earth, including for microbes and cold-blooded animals, often occurs in frigid environments. At frigid temperatures, nearly all intracellular processes slow down which is colloquially said to decelerate life’s pace and, potentially, aging. But even for one cell, an outstanding conceptual challenge is rigorously explaining how the slowed-down intracellular processes collectively sustain a cell’s life and set its pace. Here, by monitoring individual yeast cells for months at near-freezing temperatures, we show how global gene-expression dynamics and Reactive Oxygen Species (ROS) act together as the primary factors that dictate and constrain the pace at which a budding yeast’s life can progresses in frigid environments. We discovered that yeast cells help each other in surviving and dividing at frigid temperatures. By investigating the underlying mechanism, involving glutathione secretion, we discovered that ROS is the primary determinant of yeast’s ability to survive and divide at near-freezing temperatures. Observing days-to-months-long cell-cycle progression in individual cells revealed that ROS inhibits S-G2-M (replicative) phase while elongating G1 (growth) phase up to a temperature-dependent threshold duration, beyond which yeast cannot divide and bursts as an unsustainably large cell. We discovered that an interplay between global gene-expression speed and ROS sets the threshold G1-duration by measuring rates of genome-wide transcription and protein synthesis at frigid temperatures and then incorporating them into a mathematical model. The same interplay yields unbeatable “speed limits” for cell cycling – shortest and longest allowed doubling times – at each temperature. These results establish quantitative principles for engineering cold-tolerant microbes and reveal how frigid temperatures can fundamentally constrain microbial life and cell cycle at the systems-level.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».