皱褶生物膜的差异生长

生物膜是生长在潮湿表面、能引发医院获得性感染的耐药细菌聚集体。它们提供了生物学中可观察和研究的细胞群落动力学的经典例子。基因表达调控细胞分裂和分化，进而影响生物膜结构。力学和化学过程塑造了最终的结构。我们通过一种混合模型深入理解了空气-琼脂界面上生物膜发育过程中细胞过程与力学过程之间的相互作用。细胞行为由随机规则支配，这些规则受营养物、废物和自诱导剂的一系列浓度场信息影响。细胞分化和死亡改变了生物膜的结构和力学性质，生物膜根据由细胞过程及与基底相互作用所确定的 Foppl-Von Karman 方程发生形变。由生长和膨胀引起的刚度梯度产生了皱褶分支。我们能够复现在空气-琼脂界面上生物膜常形成的皱褶结构，以及通常在使用 B. subtilis 观察到的分化细胞的空间分布。