Metabolic resource allocation in individual microbes determines ecosystem interactions and spatial dynamics.
Metabolic resource allocation in individual microbes determines ecosystem interactions and spatial dynamics.
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DOI：
10.1016/j.celrep.2014.03.070
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发表时间：
2014-05-22
期刊：
影响因子：
8.8
通讯作者：
Segrè D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Harcombe WR;Riehl WJ;Dukovski I;Granger BR;Betts A;Lang AH;Bonilla G;Kar A;Leiby N;Mehta P;Marx CJ;Segrè D
代谢产物的种间交换在微生物群落的时空动态中起着关键作用。这就提出了一个问题，即结构化群落的生态系统水平行为是否可以使用多生物体的基因组尺度代谢模型来预测。我们开发了一个建模框架，集成动态通量平衡分析与扩散的晶格，并将其应用到工程财团。首先，我们预测，并通过实验证实，2种互惠财团收敛的物种比例，以及新设计的3成员社区的平衡组成。接下来，我们确定了一个特定的空间排列的殖民地，这引起了我们所谓的“日食困境”：一个竞争对手之间的殖民地和它的交叉喂养的合作伙伴利益或损害增长的原始殖民地？我们的实验验证发现，净结果是有益的，突出了微生物群落中代谢相互作用的复杂性，同时证明了它们的可预测性。
The inter-species exchange of metabolites plays a key role in the spatio-temporal dynamics of microbial communities. This raises the question whether ecosystem-level behavior of structured communities can be predicted using genome-scale models of metabolism for multiple organisms. We developed a modeling framework that integrates dynamic flux balance analysis with diffusion on a lattice, and applied it to engineered consortia. First, we predicted, and experimentally confirmed, the species-ratio to which a 2-species mutualistic consortium converges, and the equilibrium composition of a newly engineered 3-member community. We next identified a specific spatial arrangement of colonies, which gives rise to what we term the “eclipse dilemma”: does a competitor placed between a colony and its cross-feeding partner benefit or hurt growth of the original colony? Our experimentally validated finding, that the net outcome is beneficial, highlights the complex nature of metabolic interactions in microbial communities, while at the same time demonstrating their predictability.
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