润滑细菌的分支和手性菌落图案化建模

在自然界中，微生物常常必须应对恶劣的环境条件。为此，它们发展出了复杂的合作行为和精细的通讯能力，例如：通过膜外聚合物进行直接的细胞间物理相互作用，集体产生用于在硬表面移动的细胞外“润湿”液体，长距离化学信号传导如群体感应和趋化（根据化学试剂梯度偏转运动）信号传导，基因的集体激活和失活，甚至遗传物质的交换。利用这些能力，菌落会响应不利的生长条件发展出复杂的时空图案。我们展示了润滑细菌（产生润湿层液体以供其移动的细菌）菌落发育过程中形成的丰富分支和手性图案。借鉴非生命系统中的图案形成思想，并使用“通用”建模，我们能够揭示新的生存策略，这些策略解释了所形成图案的显著特征。使用这些模型，我们展示了通讯如何通过细胞的合作行为导致自组织。在这方面，微生物中的图案形成可以被视为微观层面（单个细胞）和宏观层面（菌落）之间信息交换的结果。我们主要回顾已知结果，但包括一个新的手性生长模型，该模型使我们能够研究趋化信号对手性生长的影响。我们还引入了一种弱手性的度量，并使用该度量将模型模拟结果与实验观察进行比较。