Модель хемотаксису в комбінованому середовищі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.12.852Ключові слова:
модель, хемотаксис, бактерiя, атрактант, репелент, концентрацiя, розподiлАнотація
У статтi пропонується модель, яка описує процес хемотаксису бактерiй у комбiнованому середовищi, яке мiстить одночасно як атрактант, так i репелент. Модель ґрунтується на системi диференцiйних рiвнянь, якi враховують ефекти вiд взаємодiї бактерiй як з атрактантом, так i репелентом. У рамках цього пiдходу ефект вiд хемотаксису пропорцiйний до градiєнта концентрацiї вiдповiдної речовини (атрактанту чи репеленту). Також модель враховує наявнiсть ефекту насичення, коли збiльшення концентрацiї атрактанту чи репеленту зменшує вiдгук бактерiй на наявнiсть градiєнта в розподiлi концентрацiї цих речовин. Для аналiзу неоднорiдностi розподiлу бактерiй в системi використовується функцiя чутливостi хемотаксису. Її значення обчислюється на межах системи та, за наявностi екстремуму у розподiлi бактерiй, в точцi такого екстремуму. Аналiзується залежнiсть значення функцiї чутливостi хемотаксису вiд концентрацiї атрактанту та репеленту. Показано, що така залежнiсть є стуттєво нелiнiйною i якiсно вiдрiзняється вiд аналогiчних залежностей, отриманих ранiше для систем, що мiстять лише атрактант чи репелент.
Посилання
1. H.C. Berg, D.A. Brown. Chemotaxis in Escherichia coli analysed by three-dimensional tracking. Nature 239, 500 (1972).
https://doi.org/10.1038/239500a0
2. H.C. Berg. E. coli in Motion (Springer, 2004).
https://doi.org/10.1007/b97370
3. T. Namba, M. Nishikawa, T. Shibata. The relation of signal transduction to the sensitivity and dynamic range of bacterial chemotaxis. Biophys. J. 103, 1390 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.bpj.2012.08.034
4. J. Adler. Chemotaxis in bacteria. Science 153, 708 (1966).
https://doi.org/10.1126/science.153.3737.708
5. J. Adler, G.L. Hazelbauer, M.M. Dahl. Chemotaxis toward sugars in Escherichia coli. J. Bacteriol. 115, 824 (1973).
https://doi.org/10.1128/jb.115.3.824-847.1973
6. T. Sagawa, Y. Kikuchi, Y. Inoue, H. Takahashi, T. Muraoka, K. Kinbara, A. Ishijima, H. Fukuoka. Single-cell E. coli response to an instantaneously applied chemotactic signal. Biophys. J. 10, 730 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.bpj.2014.06.017
7. J. Adler. Chemoreceptors in bacteria. Science 166, 1588 (1969).
https://doi.org/10.1126/science.166.3913.1588
8. E.F. Keller, L.A. Segel. Travelling bands of chemotactic bacteria: A theoretical analysis. J Theor. Biology 30, 235 (1971).
https://doi.org/10.1016/0022-5193(71)90051-8
9. E. Keller, L. Segel. Model for chemotaxis. J. Theor. Biology 30, 225 (1971).
https://doi.org/10.1016/0022-5193(71)90050-6
10. R. Lapidus, R. Schiller. A mathematical model for bacterial chemotaxis. Biophys. J. 14, 825 (1974).
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(74)85952-7
11. R. Lapidus, R. Schiller. Model for the chemotactic response of a bacterial population. Biophys. J. 16, 779 (1976).
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(76)85728-1
12. J.D. Murray. Mathematical Biology: I. An Introduction (Springer, 2007).
13. M.J. Tindall, S.K. Porter, P.K. Maini, G. Gaglia, J.P. Armitage. Overview of mathematical approaches used to model bacterial chemotaxis. II: Bacterial populations. Bull. Math. Biol. 70, 1570 (2008).
https://doi.org/10.1007/s11538-008-9322-5
14. J. Zhuang, G. Wei, R.W. Carlsen, M.R. Edwards, R. Marculescu, P. Bogdan, M. Sitti. Analytical modeling and experimental characterization of chemotaxis in Serratia marcescens. Phys. Rev. E 89, 052704 (2014).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.052704
15. O.M. Vasiliev, D.E. Sakovich. Modeling of bacterial chemotaxis in a one-dimensional system. J. Phys. Res. 19 (1/2), 1801 (2015).
https://doi.org/10.30970/jps.19.1801
16. D.V. Bogdanov, O.M. Vasiliev. Chemotaxis sensitivity function for a two-dimensional system with radial symmetry. J. Phys. Res. 21, 3801 (2017).
https://doi.org/10.30970/jps.21.3801
17. A.N. Vasilev. Analytical approach for calculating the chemotaxis sensitivity function. Ukr. J. Phys. 63, 255 (2018).
https://doi.org/10.15407/ujpe63.3.255
18. O.M. Vasilev, V.O. Karpenko. Modeling of bacterial chemotaxis in a medium with a repellent. Ukr. J. Phys. 63, 802 (2018).
https://doi.org/10.15407/ujpe63.9.802
19. A.N. Vasilev. Peculiarities of bacterial chemotaxis in a cylindrical pore. Ukr. J. Phys. 64, 137 (2018).
https://doi.org/10.15407/ujpe64.2.137
20. O.M. Vasilev, B.E. Sergushev. Peculiarities of bacterial chemotaxis in a cylindrical pore. Ukr. J. Phys. 64 (2), 135 (2019).
https://doi.org/10.15407/ujpe64.2.137
21. O.M. Vasiliev, A.O. Slobodyanyuk. Chemotaxis sensitivity function for a system with spherical geometry. Ukr. J. Phys. 68 (7), 458 (2023).
22. D.A. Gavryushenko, K.V. Cherevko, V.M. Sysoev. The influence of the chemical reactions on the diffusion phenomena in the cylindrical systems bounded with the membranes. J. Mol. Liq. 127, 1 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2006.03.018
23. K.V. Cherevko, D.A. Gavryushenko, O.V. Korobko, V.M. Sysoev. Entropy production in the diffusion of a Margules solution in a flat-parallel pore. Ukr. J. Phys. 58, 10 (2013).
https://doi.org/10.15407/ujpe58.10.0988
24. K.V. Cherevko, D.A. Gavryushenko, L.A. Bulavin. Entropy production in a model biological system with facilitated diffusion. Ukr. J. Phys. 66, 8 (2021).
https://doi.org/10.15407/ujpe66.8.714
25. O.V. Kulish, A.N. Vasilev. Modeling the nerve impulse transmission in a synaptic cleft. J. Phys. Stud. 23, 1801 (2019).
https://doi.org/10.30970/jps.23.1801
26. O.M. Vasiliev, O.V. Kulish. Modeling the process of postsynaptic membrane deactivation. Ukr. J. Phys. 63, 919 (2018).
https://doi.org/10.15407/ujpe63.10.919
27. A.N. Vasilev, A.V. Chalyi. Cooperative operation mode of a synaptic channel. Ukr. J. Phys. 54, 1183 (2009).
28. A.V. Chalyi, A.N. Vasilev, E.V. Zaitseva. Synaptic transmission as a cooperative phenomenon in confined systems. Cond. Matter Phys. 20 (1), 13804 (2017).
https://doi.org/10.5488/CMP.20.13804
29. R. Lapidus, R. Schiller. Bacterial chemotaxis in a fixed attractant gradient. J. Theor. Biol. 53, 215 (1975).
https://doi.org/10.1016/0022-5193(75)90112-5
30. M. Widman, D. Emerson, C. Chiu, R. Worden. Modelling microbial chemotaxis in a diffusion gradient chamber. Biotech. Bioeng. 55, 191 (1997).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0290(19970705)55:1<191::AID-BIT20>3.0.CO;2-O
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
