弱吸引剂梯度中大肠杆菌趋化响应与漂移的理论结果

大肠杆菌在其自然环境中通过一系列直线运动（run）移动，其间被导致方向改变的翻滚（tumble）打断。它通过延长朝向源头的运动持续时间来实现对化学吸引剂的趋化性。当吸引剂浓度存在空间梯度时，这种偏向产生指向其源的漂移速度；而在均匀浓度下，大肠杆菌几乎完全适应（对于甲基天冬氨酸的情况）。最近，微流控实验在精确控制的吸引剂梯度中测量了大肠杆菌的漂移速度，但尚不存在通用的理论表达式。基于此动机，我们在此研究了一个基于Barkai-Leibler模型的可解析求解模型，该模型最初是为了解释完美适应而引入的。在弱梯度极限和完全随机翻滚的假设下，我们得到了趋化响应函数和漂移速度的严格数学表达式。理论预测与实验结果吻合良好，尤其是在高浓度下。我们进一步表明，信号转导网络削弱了漂移对浓度的依赖性，从而增强了敏感范围。