×
Zhang，T。;A.帕克。;卡尔森，R.P。;P.S.斯图尔特。;I·克拉珀。

生物膜群落的多尺度通量模型。 （英语） Zbl 1448.92144号

多尺度模型。模拟。 18，第2期，1025-1052（2020年）.
概述：微生物群落动力学模型通常依赖于微生物代谢的子尺度描述。在诸如生物膜等分布式多物种群落的系统中，简化为少量限制底物可能是不合理的，跟踪大量活性代谢物可能需要测量或估计大量动力学和调节参数。或者，将细胞水平受限的稳态代谢通量分析与宏观微生物群落模型相结合，提出了一个基本上无动力学的框架。这种多尺度设置自然允许宏观信息（包括测量数据）与细胞尺度的新陈代谢耦合。此外，还强调了方法的灵活性：用户可以选择微观尺度（如通量平衡分析或基本通量模式）和宏观尺度（如与生物膜或浮游环境相关的物理化学影响）。提供了生物膜背景下的示例计算，包括系统平衡和纳什平衡的比较，以及将实验数据耦合到预测中的示例。

引用于2文件

MSC公司：

92C70型 微生物学
第92页第42页 系统生物学、网络
92年第35季度 与生物学、化学和其他自然科学有关的偏微分方程
92C45型 生化问题中的动力学（药代动力学、酶动力学等）

关键词：

微生物群落;新陈代谢;生物膜;多尺度;通量平衡

软件：

生物膜模拟;通量模式计算器
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{T.Zhang}等人，多尺度模型。模拟。18，第2号，1025--1052（2020；Zbl 1448.92144）
全文： DOI程序

参考文献：

[1] E.Alpkvist和I.Klapper，异质生物膜发育的新多维多物种连续模型，布尔。数学。生物学，69（2007），第765-789页·Zbl 1138.92371号
[2] M.R.Antoniewicz，代谢通量分析的方法和进展：迷你评论，J.Ind.Microbiol。生物技术。，42（2015），第317-325页。
[3] J.E.Bailey，无参数复杂生物学，自然生物技术。，19（2001），第503-504页。
[4] M.Basan、S.Hui、H.Okano、Z.Zhang、Y.Shen、J.R.Williamson和T.Hwa，《高效蛋白质组分配导致大肠杆菌的溢出代谢》，《自然》，528（2015），第99-104页。
[5] A.Bordbar、J.M.Monk、Z.A.King和B.Ø。Palsson，基于约束的模型预测代谢和相关细胞功能，《自然遗传学评论》。，15（2014年），第107-120页。
[6] D.Calvetti、Y.Cheng和E.Somersalo，神经-星形胶质细胞代谢的空间集总和分布式模型流量平衡分析中的不确定性量化，J.Math。《生物学》，73（2016），第1823-1849页·兹比尔1350.92006
[7] D.Calvetti、J.Heino、E.Somersalo和K.Tunyan，骨骼肌代谢模型的贝叶斯稳态通量平衡分析，逆概率。成像，1（2007），第247-263页·Zbl 1119.92024号
[8] D.Calvetti和E.Somersalo，稳态条件下神经递质途径的电子定量分析，Front。内分泌，4（2013），137。
[9] R.P.Carlson，《将复杂微生物行为分解为基于资源的应激反应》，生物信息学，25（2009），第90-97页。
[10] W.G.Characklis，污染生物膜开发：过程分析，生物技术。生物工程。，23（1981），第1923-1960页。
[11] J.Chen、J.A.Gomez、K.Ho­ffner、P.Phalak、P.I.Barton和M.A.Henson，微生物代谢的时空建模，BMC Systems Biol。，10 (2016), 21.
[12] C.Chen、S.Hou、D.Ren、M.Ren和Q.Wang，水道生物膜的三维时空结构，数学。方法。申请。科学。，38（2015），第4461-4478页·兹比尔1381.76423
[13] B.L.Clarke，化学计量网络分析，细胞生物学。，12（1988年），第237-253页。
[14] N.G.Cogan，生物膜消毒的双流体模型，公牛。数学。《生物学》，70（2008），第800-819页·Zbl 1144.92306号
[15] N.G.Cogan和J.P.Keener，生物膜基质在结构发育中的作用，数学。医学生物学。，2（2004年），第147-166页·Zbl 1055.92034号
[16] J.A.Cole、L.Kohler、J.Hedhli和Z.Luthey-Schulten，稠密菌落内的空间解析代谢协同性，BMC Systems Biol。，9 (2015), 15, https://doi.org/10.1186/s12918-015-0155-1。
[17] O.K.Oyebamiji、D.J.Wilkinson、B.Li、P.G.Jayathilake、P.Zuliani和T.P.Curtis，微生物群落个性化模型的贝叶斯模拟和校准，J.Compute。科学。，30（2019），第194-208页。
[18] B.D’Acunto、L.Frunzo、I.Klapper和M.R.Mattei，模拟包括新细菌物种入侵在内的多物种生物膜，数学。生物科学。，259（2015），第20-26页·Zbl 1315.92012年
[19] B.D’Acunto、L.Frunzo、I.Klapper、M.R.Mattei和P.Stoodley，生物膜中扩散现象的数学建模，数学。生物科学。，307（2019），第70-87页·Zbl 1409.92262号
[20] J.Dockery和I.Klapper，生物膜层中手指的形成，SIAM J.Appl。数学。，62（2002），第853-869页·Zbl 1012.92007年
[21] N.C.Duarte、M.J.Herrg\aard和B。Palsson，酿酒酵母iND750的重建和验证，一个完全分区的基因组尺度代谢模型，《基因组研究》，14（2004），第1298-1309页。
[22] R.Duddu、D.L.Chopp和B.Moran，生物技术，结合流体流动和基于剪切应力的分离的生物膜生长的二维连续模型。生物工程。，103（2009年），第92-104页。
[23] H.J.Eberl和R.Sudarsan，生物膜暴露于慢流场：对流对生长和消毒的贡献，J.Theoret。《生物学》，253（2008），第788-807页·Zbl 1398.92114号
[24] J.S.Edwards、R.U.Ibarra和B.Ø。Palsson，《国家生物技术》，大肠杆菌代谢能力的电子预测与实验数据一致。，19（2001），第125-130页。
[25] Y.Fang、T.D.Scheibe、R.Mahadevan、S.Garg、P.E.Long和D.R.Lovley，硅胶模型和地下水反应性迁移模型中基因组规模微生物的直接耦合，J.Contam。水文。，122（2011），第96-103页。
[26] A.M Feist和B.Ø。Palsson，生物量目标函数，Curr。操作。微生物。，13（2010年），第344-349页。
[27] G.F.Gause，关于生存斗争的实验研究：\（1\）。两种酵母的混合种群，J.Exp.Biol。，9（1932年），第389-402页。
[28] J.F.Hammond、E.J.Stewart、J.G.Younger、M.J.Solomon和D.M.Bortz，使用浸没边界法的可变粘度和密度生物膜模拟，第一部分：数值格式和收敛结果，计算。模型。工程科学。，98（2014），第295-340页·Zbl 1356.76052号
[29] K.Han、H.C.Lim和J.Hong，大肠杆菌发酵中的醋酸形成，生物技术。生物工程。，39（1991），第663-671页。
[30] W.R.Harcombe、W.J.Riehl、I.Dukovski、B.R.Granger、A.Betts、A.H.Lang、G.Bonilla、A.Kar、N.Leiby、P.Mehta、C.J.Marx和D.Segrè，《单个微生物的代谢资源分配决定生态系统相互作用和空间动力学》，《细胞报告》，7（2014），第1104-1115页。
[31] M.A.Henson和P.Phalak，肠道微生物群电子生物膜模型中的副产物交叉喂养和群落稳定性，过程，5（2017），13，https://doi.org/10.3390/pr5010013。
[32] K.A.Hunt、J.P.Folsom、R.L.Taffs和R.P.Carlson，通过可扩展的基于需求的子网络定义完成基本通量模式的枚举，生物信息学，30（2014），第1569-1578页。
[33] B.D.Jackson、J.M.Connolly、R.Gerlach、I.Klapper和A.E.Parker，大肠杆菌生物膜尿素水解模型中的贝叶斯估计和不确定性量化，手稿。
[34] N.Jayasinghe、A.Franks、K.P.Nevin和R.Mahadevan，微生物燃料电池中生物膜空间异质性的代谢建模揭示了电流产生中的底物限制，生物技术。J.，9（2014），第1350-1361页。
[35] M.Kargeti和K.V.Venkatesh，《全球转录调节剂对大肠杆菌厌氧发酵代谢的影响》，《分子生物系统》，13（2017），第1388-1398页。
[36] A.Khodayari和C.D.Maranas，一种基因组规模的大肠杆菌动力学代谢模型k-ecoli（457），满足多个突变菌株的通量数据，《自然通讯》，7（2016），13806。
[37] I.Klapper和J.Dockery，生物膜材料描述中内聚作用，物理。修订版E（3），74（2006），031902·Zbl 1191.92065号
[38] I.Klapper和J.Dockery，微生物生物膜的数学描述，SIAM Rev.，52（2010），第221-265页·Zbl 1191.92065号
[39] I.Klapper和B.Szomolay，一类生物膜模型的排除原理和流动性的重要性，Bull。数学。《生物学》，73（2011），第2213-2230页·Zbl 1225.92057号
[40] N.Klitgord和D.Segré，诱导合成微生物生态系统的环境，PLoS Comput。《生物学》，6（2010），e1001002。
[41] J.-U.Kreft，《生物膜促进利他主义》，《微生物学》，150（2004），第2751-2760页。
[42] P.J.Linstrom和W.G.Mallard，eds.，NIST化学WebBook，NIST标准参考数据库第69号，国家标准与技术研究所，马里兰州盖瑟斯堡，2018年https://doi.org/10.18434/T4D303。
[43] J.Liu、A.Prindle、J.Humphries、M.Gabalda-Sagarra、M.Asally、D.D.Lee、S.Ly、J.Garcia-Ojalvo和G.M.Su el，《生物膜内的代谢共同依赖引起集体振荡》，《自然》，523（2015），第550-554页。
[44] R.Mahadevan、J.S.Edwards和F.J.Doyle III，《大肠杆菌双倍生长的动态通量平衡分析》，生物物理。J.83（2002），第1331-1340页。
[45] M.R.Mattei、L.Frunzo、B.D'Acunto、Y.Pechaud、F.Pirozzi和G.Esposito，《生物膜发育和结构建模中的连续和离散方法：综述》，J.Math。生物学，76（2018），第945-1003页·Zbl 1391.35378号
[46] N.Nisan，T.Roughgarden，Eá。Tardos和V.V.Vazirani编辑，《算法博弈论》，剑桥大学出版社，剑桥，2007年·兹比尔1130.91005
[47] S.Nowack和I.Klapper，时间变化恒化器系统中的排除：对权衡的依赖，SIAM J.Appl。数学。，78（2018），第2819-2839页·Zbl 1400.92586号
[48] J.D.Orth、I.Thiele和B.Ø。Palsson，什么是流量平衡分析？，自然生物技术。，28（2010年），第245-248页。
[49] W.J.Payne和W.J.Wiebe，《化学合成微有机物的生长产量和效率》，年。微生物评论。，32（1978年），第155-183页。
[50] P.Phalak、J.Chen、R.P.Carlson和M.A.Henson，慢性伤口生物膜联盟的时空代谢建模，IFAC-PapersOnLine，49（2016），第32-37页。
[51] C.Picioreanu、M.C.M.van Loosdrecht和J.J.Heijnen，扩散和对流基质传输对生物膜结构形成的影响：二维模型研究，生物技术。生物工程。，69（2000），第504-515页。
[52] B.Polizzi、O.Bernard和M.Ribot，用于生物燃料生产的微藻生物膜生长的时空模型，J.Theoret。《生物学》，432（2017），第55-79页·Zbl 1393.92019年
[53] N.D.Price、J.L.Reed和B.Ø。Palsson，《微生物细胞的基因组尺度模型：评估约束的后果》，《自然·微生物评论》。，2（2004年），第886-897页。
[54] H.Qian和D.A.Beard，远离平衡的生命系统中化学计量生物化学网络的热力学，生物物理。化学。，114（2004），第213-220页。
[55] S.A.Rani、B.Pitts、H.Beyenal、R.A.Veluchamy、Z.Lewandowski、W.M.Davison、K.Buckingham-Meyer和P.S.Stewart，细菌生物膜内DNA复制、蛋白质合成和氧浓度的空间模式揭示了不同的生理状态，细菌杂志。，189（2007），第4223-4233页。
[56] A.Trucchia、M.R.Mattei、V.Luongo、L.Frunzo和M.C.Rochoux，多物种生物膜建模中细菌入侵的基于替代物的不确定性和敏感性分析，Commun。非线性科学。，73（2019），第403-424页·Zbl 1464.92235号
[57] T.D.Scheibe、R.Mahadevan、Y.Fang、S.Garg、P.E.Long和D.R.Lovley，将基因组规模的代谢模型与反应性运输模型耦合，以描述原位铀生物修复，Microb。生物技术。，2（2009年），第274-286页。
[58] J.Schellenberger和B.O.Palsson，《使用随机抽样分析代谢网络》，J.Biol。化学。，284（2009），第5457-5461页。
[59] C.H.Schilling，S.Schuster，B.Ø。Palsson和R.Heinrich，代谢途径分析：后基因组时代的基本概念和科学应用，生物技术。程序。，15（1999），第296-303页。
[60] R.Schuetz、L.Kuepfer和U.Sauer，预测大肠杆菌胞内通量的目标函数的系统评价，分子系统生物学。，3 (2007), 119.
[61] S.Schuster和S.Hilgetag，《稳态生化反应系统中的基本通量模式》，J.Biol。系统，2（1994），第165-182页。
[62] H.L.Smith和P.Walterman，《恒化器理论》，剑桥大学出版社，剑桥，1995年·Zbl 0860.92031号
[63] H.S.Song、D.G.Thomas、J.C.Stegen、M.Li、C.Liu、X.Song、X.Chen、J.K.Fredrickson、J.M.Zachar和T.D.Scheibe，调节结构动态代谢模型为反硝化过程中延迟酶反应提供了潜在机制，Front Microbiol。，8 (2017), 01866.
[64] P.S.Stewart，生物膜中的扩散，细菌学杂志。，185（2003），第1485-1491页。
[65] P.S.Stewart和M.J.Franklin，生物膜中的生理异质性，《微生物自然评论》。，6 (2008), 199210.
[66] J.A.Stotsky、J.F.Hammond、L.Pavlovsky、E.J.Stewart、J.G.Younger、M.J.Solomon和D.M.Bortz，使用浸没边界法的可变粘度和密度生物膜模拟，第二部分：实验验证和异质流变学——IBM，J.Compute。物理。，317（2016），第204-222页·Zbl 1349.76536号
[67] R.Taffs、J.E.Aston、K.Brileya、Z.Jay、C.G.Klatt、S.McGlynn、N.Mallette、S.Montross、R.Gerlach、W.P.Inskeep、D.M.Ward和R.P.Carlson，《研究微生物联合体质量和能量流的电子方法：一个共生案例研究》，BMC Systems Biol。，3 (2009), 114.
[68] G.D.Tartakovsky、A.M.Tartakovsky、T.D.Scheibe、Y.Fang、R.Mahadevan和D.R.Lovley，使用基因组规模代谢模型对微生物生长的孔隙规模模拟：对达西规模反应性转运的影响，高级水研究，59（2013），第256-270页。
[69] P.Unrean和F.Srienc，代谢网络向最大熵产生状态进化，Metab。《工程》，13（2011），第666-673页。
[70] J.B.van Klinken和K.W.van Dijk，《通量模式计算器：大规模通量模式计算的有效工具》，生物信息学，32（2016），第1265-1266页。
[71] S.J.Wiback、R.Mahadevan和B.Ø。Palsson，《从极端途径重建代谢通量向量：定义α谱》，J.Theoret。《生物学》，224（2003），第313-324页·Zbl 1464.92113号
[72] T.Zhang、B.Pabst、I.Klapper和P.S.Stewart，生物膜中生长、基因和蛋白质表达综合分析的一般理论，《公共科学图书馆·综合》，8（2013），e83626。
[73] A.R.Zomorrodi和C.D.Maranas，OptCom:微生物群落代谢建模和分析的多级优化框架，PLOS Comp。《生物学》，8（2012），e1002363。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。