在生物膜中模拟等离子体介导的水平基因转移
Julien Vincent1,2, Alberto Tenore1, Maria Rosaria Mattei3
1Department of Mathematics and Applications "Renato Caccioppoli", University of Naples Federico II, Via Cintia 26, 80126, Monte S. Angelo, Naples, Italy.
Bulletin of mathematical biology
|April 25, 2024
概括
这项研究模拟了生物膜中的等离子体传播,发现金属和抗生素等污染物可以促进等离子体的持久性. 数学模型显示了这些因素如何影响基因转移和细胞群.
科学领域:
- 微生物学 微生物学
- 数学生物学 数学生物学
- 生物膜动力学 生物膜动力学
背景情况:
- 等离子体是移动的遗传元素,可以携带抗生素耐药性基因,从而导致全球卫生危机.
- 由于它们在水平基因转移和适应中的作用,了解生物膜中的等离子体动力学至关重要.
研究的目的:
- 开发一个数学模型模拟等离子体在不断增长的生物膜中传播.
- 研究环境因素 (如微量金属和抗生素) 对等离子体持久性和转移的影响.
主要方法:
- 在1D自由边界域中制定非局部部分微分方程系统.
- 纳入受体感应机制,以调节基因转移.
- 包括一个促进功能来模拟微金属对结合的影响.
主要成果:
- 该模型在质量上与实验观测一致.
- 发现有毒金属和抗生素等污染物通过有利于等离子体载体和刺激合来促进等离子体持久性.
- 观察到等离子体传播即使在高度的污染物中也会持续存在,这些污染物会抑制结合,这是由于无等离子体细胞的强烈抑制.
结论:
- 矛盾的是,环境污染物可以促进生物膜中的等离子体持久性.
- 数学建模为控制选择性压力下的等离子体动态的复杂相互作用提供了宝贵的见解.
- 生物膜的活性区域呈现出更高的等离子体密度,正如模型预测的那样.


