미생물은 영양 성분을 섭취하고 성장하면서 많은 대사산물을 환경으로 누출하고 있다.단순한 독이나 세포 성장에 불필요한 쓰레기뿐만 아니라 세포 성장에 필수적인 대사물도 누출되고 있다.이것은 세포에 불리한 것으로 보이지만, 세포가 필수 대사물 누출을 방해하도록 진화하지 않은 이유는 미해명이었다.

　연구 그룹은 세포의 상태를 내부의 화학 성분군의 농도로서 나타내고, 그 상태가 화학 반응·화학 성분의 누출·부피 성장에 수반하는 농도 희석에 의해 시간 변화하는 역학계 모델을 정식화했다.화학 성분의 누출이 정상 상태의 세포 성장률에 미치는 영향을 컴퓨터로 시뮬레이션 하였다.

　그 결과, 세포 내부의 화학 반응 네트워크에 촉매 반응 등의 다체 반응이 있는 경우, 어떤 대사물질이 세포 성장에 필수적이라도, 그 누출이 성장률을 상승시킬 수 있는 것을 알았다.또한 한 반응물이 누출되면 다른 화학 반응 속도가 상대적으로 상승하는 "다체 반응의 플럭스 제어"와 화학 반응과 바이오 매스 생성에 수반되는 농도 희석 간의 균형에 관한 "성장 - 희석 간의 균형 제어'라는 성장률을 높이는 두 가지 구조를 밝혔다.

　누출된 필수대사물은 다른 세포종에도 유용하기 때문에, 많은 세포종 사이에서의 누출 대사물의 교환, 미생물 생태계의 다양성·공생의 기원의 해명에 도움이 된다.또, 대사물 누출에 의한 성장 촉진의 구조는, 세포 등의 성장하는 시스템의 일반적인 성질에 기인하여, 생명계나 사회계에 널리 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

논문 정보:【Physical Review LettersAdvantage of leakage of essential metabolites for cells