具有微生物组交换的相互作用宿主：面向离散交互的集合群落理论扩展

微生物组是环境中相互作用的微生物集合，通常对其所占据的环境斑块或活体宿主产生重大影响。在微生物组模型中，考虑环境内的局部动力学以及环境之间的微生物组交换非常重要。纳入这些以及其他跨尺度交互的一种方法是采用集合群落理论。集合群落模型通常假设发生局部微生物组动力学的环境之间存在连续的微生物组扩散。在此假设下，每对环境之间的单一参数控制着它们之间的扩散速率。这种集合群落框架非常适合非生物环境斑块，但它无法捕捉活体宿主微生物组的一个关键特征，即活体宿主通常不会连续地相互交互。相反，活体宿主在离散的时间间隔内相互交互。在本文中，我们开发了一个建模框架，对该类离散交互进行编码，并使用两个参数分别控制宿主之间的交互频率和每次交互期间的微生物组交换量。我们在三个参数区间推导了框架中模型的解析近似，并证明了它们在这些区间内是准确的。我们将这些近似与一个说明性模型的数值模拟进行了比较。我们证明，我们建模框架中的两个参数对于确定微生物组动力学都是必要的。动力学的关键特征（如跨宿主的微生物组趋同）敏感地依赖于交互频率与强度之间的相互作用。