Modelowanie wzrostu bakteryjnego

Niektóre bakterie żyją blisko siebie, tworząc kolonie o złożonych wzorach geometrycznych. W tym celu bakterie odbierają bodźce z najbliższego otoczenia i odpowiadają na nie, wydzielając feromony lub inne chemoatraktanty. Wiedza na temat dynamiki kolonii i czynników wpływających na zachowanie bakterii na poziomie makroskopowym jest ograniczona.

Korzystając z modelowania matematycznego naukowcy z finansowanego przez UE projektu "Multiscale modeling and simulation of bacterial colonies" (BACTERIAL COLONY SIM) tworzyli symulacje zachowań bakterii w koloniach i starali się je wytłumaczyć. Koncentrowano się na określonym typie bakterii z rodziny Bacillus: Paenibacillus. Głównym celem prac było wyjaśnienie współpracy baterii i regulacji dynamiki wzrostu milionów organizmów w danym szczepie.

Badanie wzrostu bakteryjnego zostało podzielone na trzy etapy: etap jednokomórkowy, etap pośredni rozrostu kolonii i etap kolonii w skali makroskopowej. Rozrastające się kolonie obejmują kilka tysięcy komórek i są uznawane za podstawową jednostkę organizacyjną wzrostu bakteryjnego.

Aby wyjaśnić kolektywne zachowania bakterii, konsorcjum opracowało algorytmy do analizy zachowania rozrastających się kolonii. Wykryto wysoce zsynchronizowany ruch w odpowiedzi na substancje odżywcze, produkty przemiany materii, czynniki środowiskowe i sygnały międzykomórkowe. Reakcja na warunki zewnętrzne odgrywa istotną rolę w dynamice rozrastającej się kolonii i umożliwia bakteriom szybki ruch po powierzchniach. Położono szczególny nacisk na zachowania rozrastających się kolonii w odpowiedzi na wysokie stężenia antybiotyków.

Podsumowując, modelowanie przeprowadzone podczas badania BACTERIAL COLONY SIM pomogło scharakteryzować wzorce wzrostu bakteryjnego i czynniki, które go warunkują. Uzyskane informacje mogą też stanowić podstawę dla przyszłych strategii zwalczania drobnoustrojów, polegających na przeciwdziałaniu rozrostowi kolonii.