稳态随机环境中微生物生长的最优代谢策略
生物物理
2023-03-22 v2 无序系统与神经网络
分子网络
种群与进化
摘要
为在任一给定环境中生长，细菌需要收集关于培养基组成的信息，并通过调整其调控与代谢自由度来实施合适的生长策略。在标准意义上，当细菌以该培养基中可行的最快速率生长时，即实现了最优策略选择。尽管这种最优性观点适用于对其环境（如营养物水平）具有完美认知的细胞，但在不确定或波动条件下情况则更为复杂，尤其当变化发生的时间尺度与组织响应所需时间相当（或更快）时。然而信息论提供了细胞如何在所面临胁迫水平不确定的情况下选择最优生长策略的指引。此处我们分析了一个受实验启发的细菌代谢粗粒化模型在由单变量（‘胁迫水平’）的（静态）概率密度所描述的培养基中生长的理论最优情景。我们表明，当环境足够复杂和/或无法完美调整代谢自由度时（如因资源有限），生长速率的异质性一致地作为最优响应浮现。此外，仅需适度微调常可有效达成接近无限资源下可实现的结果。换言之，复杂培养基中的异质种群结构相对于探测环境与调整反应速率可用资源而言可能相当鲁棒。
引用
@article{arxiv.2210.11167,
title = {Optimal metabolic strategies for microbial growth in stationary random environments},
author = {Anna Paola Muntoni and Andrea De Martino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.11167},
year = {2023}
}