Бактериальные модели

Формирование закономерностей роста широко бактериальных колоний изучено экспериментально. Полученная морфология, по-видимому, зависит от условий роста. Они включают в себя хорошо известные морфологии, такие как плотная разветвленная морфология (DBM) или агрегация, ограниченная диффузией (DLA), но можно обнаружить и множество сложных закономерностей и временного поведения.

Большое количество исследований по формированию паттернов в бактериальных колониях было проведено на Bacillus subtilis и Proteus mirabilis . Математическое моделирование роста колоний может воспроизвести наблюдаемую морфологию и влияние изменений окружающей среды. Используемые модели включают в себя:

Колонии Bacillus subtilis

Колонии Bacillus subtilis на чашке Петри могут расти в контролируемых условиях. Варьируя концентрацию агара (что позволяет контролировать жесткость среды) и концентрацию питательных веществ , можно изучить реакцию колонии на внешние стрессы. Различные морфологии проявляются в следующих условиях роста:

Высокий уровень питательных веществ, твердая среда: Рост, подобный Эдему [1]

Высокий уровень питательных веществ, полумягкая жесткость средней.: Периодический рост, образующий концентрические кольца [2]

Высокий уровень питательных веществ, мягкая среда: однородный дискообразный рост [3]

Низкий уровень питательных веществ, жесткая среда: Рост DLA [4]

Низкий уровень питательных веществ, мягкая среда: Рост DBM [5]

Затем можно составить полную морфологическую диаграмму, варьируя условия роста. [6]

Эти различные морфологии могут быть получены из модели реакции-диффузии . Модель такого типа полезна для оценки того, какие механизмы актуальны для различных морфологий. Полную морфологическую диаграмму можно получить, используя два поля: плотность бактерий и концентрацию питательных веществ, а также учитывая, что бактерии могут увеличивать подвижность в ответ на неблагоприятные внешние условия. Это означает, что в данном конкретном случае значимыми факторами являются диффузия в среде и реакция бактерий.

Ссылки

Мацусита, М.; Вакита, Дж.; Ито, Х.; Рафолс, И.; Мацуяма, Т.; Сакагути, Х.; Мимура, М. (1998). «Рост интерфейса и формирование структуры в бактериальных колониях». Физика А: Статистическая механика и ее приложения . 249 (1–4). Эльзевир Б.В.: 517–524. дои : 10.1016/s0378-4371(97)00511-6 . ISSN 0378-4371 . Эксперименты над Bacillus subtilis, проведенные Matsushita et al.
Лакаста, AM; Канталапьедра, ИК; Оге, CE; Пеньяранда, А.; Рамирес-Писцина, Л. (1 июня 1999 г.). «Моделирование пространственно-временных закономерностей в бактериальных колониях». Физический обзор E . 59 (6). Американское физическое общество (APS): 7036–7041. arXiv : cond-mat/9904367 . дои : 10.1103/physreve.59.7036 . ISSN 1063-651X . Реакционно-диффузионная модель Bacillus Subtilis.

Внешние ссылки

Еще несколько изображений закономерностей роста бактерий можно найти в: