Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Математическое моделирование динамики кворум-эффекта в накопительной культуре люминесцентных бактерий Photobacterium phosphoreum 1889

https://doi.org/10.18699/VJGB-23-100

Полный текст:

Аннотация

В начале статьи обсуждается уровень необходимой феноменологичности сложных моделей. При работе со сложными системами, к которым, безусловно, относятся живые организмы и экологические системы, с необходимостью приходится использовать феноменологическое описание. Приведена иллюстрация феноменологического подхода, который ухватывает наиболее существенные даже не закономерности, а общие принципы или паттерны взаимодействий, причем конкретные значения параметров не могут быть вычислены из первых принципов, а определяются эмпирически. Также эмпирически и прагматически выбирается соответствующая интерпретация. Однако для моделирования более широкого круга ситуаций возникает необходимость понижать уровень феноменологии, переходить на более детальное описание системы, вводя взаимодействие между выделенными элементами системы. Формулируются требования к модели системы, совмещающей экологический, метаболический и генетический уровни описания клеточной культуры. Разработана математическая модель динамики кворум-эффекта в процессе роста накопительной культуры люминесцентных бактерий при разных концентрациях питательного субстрата. Модель содержит четыре блока, описывающие экологический, энергетический, кворумный и люминесцентный аспекты развития культуры. Модель продемонстрировала хорошее соответствие экспериментальным данным, полученным в ходе выполнения работы. При анализе модели отмечены три странности в поведении культуры, которые, предположительно, могут изменить представление о некоторых процессах, имеющих место при развитии культуры люминесцентных бактерий. Полученные результаты позволяют предположить наличие некоторой дополнительной системы контроля люминесцентной реакции через пути синтеза ФМН · Н2 или алифатического альдегида. В этом случае обобщенное описание вклада энергетического метаболизма в люминесценцию только через АТФ является слишком сильным упрощением. В результате анализа результатов сопоставления модельной динамики с экспериментом возникло расхождение между измеряемой в эксперименте концентрацией субстрата (пептона) и его эффективным действием на рост популяции бактерий. Это расхождение, по-видимому, указывает на то, что пептон не является ведущим субстратом и рост лимитируют биогены, содержащиеся в дрожжевом экстракте, концентрация которого в этих экспериментах не изменялась. Отмеченные расхождения между ожиданиями и результатами обработки экспериментальных данных вместе с предположениями о причинах этих расхождений задают направление дальнейших экспериментальных и теоретических исследований механизмов кворум-эффекта в культуре люминесцентных бактерий. 

Просмотров: 552


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-3259 (Online)