基于细菌群体感应的生物膜形成随机建模

细菌通常生活在称为生物膜的复杂结构中，该结构由相互沟通的菌落和胞外聚合物物质（EPS）组成。由于生物膜在不同环境中与感染或抗生素耐药性等有害效应相关，对其形成进行建模至关重要。本文提出一种利用细菌群体感应（QS）的生物膜形成随机模型。该模型中，生物膜形成中的生物过程被建模为包含细菌繁殖、自诱导物与EPS产生及其扩散的化学反应网络。基于双态QS机制改进了显式tau-leap模拟算法。我们的方法通过使用$\textit{Pseudomonas putida}$ IsoF细菌的自诱导物与细菌浓度实验结果进行了验证。结果还表明，EPS在生物膜中的百分比在QS状态改变后显著上升，而在QS激活前则下降。所呈现的工作展示了如何在化学反应的随机模拟中利用QS机制对生物膜生长进行真实建模。