巴西姆

BacSim,一个模拟细菌菌落生长的个体模型。为了模拟细菌的生长和行为,开发了一个通用的、定量的、空间显式的、基于个体的BacSim模型。这种方法的潜力在于将微观实体(细胞)的特性与宏观复杂系统(如生物膜)的特性联系起来。在这里,我们研究了单个大肠杆菌细胞生长为一个菌落。面向对象程序BacSim是Gecko的扩展,Gecko是一种生态系统动力学模型,使用Swarm工具箱进行多智能体模拟。该模型描述了细菌的特性,包括底物的吸收、代谢、维持、细胞分裂和在单个细胞水平上的死亡。为了使模型更容易适用于不同条件下的各种细菌,该模型只使用了8个容易获得的、可随机变化的参数。对于衬底扩散,采用二维扩散晶格。对于生长速率依赖的细胞大小变化,研究了Donachie提出的细胞分裂概念模型。Donachie模型的一个机械版本导致了高增长率下的不平衡增长,而在随后的复制启动之间包括一个最短的周期,只有在这一时期非生理上长的情况下,才能保证均衡增长。只有描述版的Donachie模型能正确预测细胞大小。对于维持,采用Herbert模型(生物量消耗的恒定比速率)和底物吸收,采用Michaelis-Menten或最佳方程。模拟器的输出忠实地再现了所有输入参数。比较了维持率和摄取率与细胞质量或表面积成比例时的生长特性。作者提出了一种新的生长同步性的通用测量方法来量化由于细胞参数的随机变化或空间异质性造成的同步性损失。最大吸收率的变化完全不同步的模拟培养,但体积变化在分裂。引入了一种新的空间异质性度量方法:细胞所经历的底物浓度的标准偏差。空间异质性通过将种群划分为以不同速率同步增长的部分,使种群增长不同步。在足够高的空间异质性下,种群似乎完全异步增长。


zbMATH中的参考文献(参考文献21条)

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