受限环境对细菌种群扩散的影响
种群与进化
2022-06-07 v1 软凝聚态物质
斑图形成与孤子
生物物理
细胞行为
摘要
细菌种群的扩散在农业、环境和医学过程中处于核心地位。然而，现有的扩散模型通常关注无受限环境中的细胞——尽管许多细菌栖息于复杂且拥挤的环境，如土壤、沉积物和生物组织/凝胶，其中固体障碍物限制细胞从而强烈调控种群扩散。在此，我们发展了经典 Keller-Segel 细菌扩散模型的扩展版本，该版本纳入了受限环境促进细胞-固体和细胞-细胞碰撞的影响。该扩展模型的数值模拟展示了受限如何从根本上改变扩散细菌种群的动力学和形态，与近期实验结果吻合良好。特别地，随着受限程度增加，我们发现细胞-细胞碰撞日益阻碍趋化脉冲的初始形成和长时间传播速度。此外，同样随着受限程度增加，我们发现细胞生长和分裂在驱动种群扩散中扮演日益主导的角色——最终通过更慢的、堵塞的前沿导致从趋化扩散到生长驱动扩散的转变。因此，本工作为进一步研究受限对细菌扩散的影响提供了理论基础。更广泛地，这些结果有助于提供一个框架，以预测和控制复杂拥挤环境中细菌种群的动力学。
引用
@article{arxiv.2108.02810,
title = {Influence of confinement on the spreading of bacterial populations},
author = {Daniel B. Amchin and Jenna A. Ott and Tapomoy Bhattacharjee and Sujit S. Datta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.02810},
year = {2022}
}