Spatial propagation of electrical signals in circular biofilms: A combined experimental and agent-based fire-diffuse-fire study.
Spatial propagation of electrical signals in circular biofilms: A combined experimental and agent-based fire-diffuse-fire study.
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圆形生物膜中电信号的空间传播：实验和基于试剂的火-扩散-火相结合的研究。
DOI：
10.1103/physreve.100.052401
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Blee JA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Blee JA
细菌生物膜对人类健康构成威胁，在持续性感染中起着关键作用。最近的研究发现生物膜中存在电信号，因此生物膜代表了一类新的活性可兴奋物质，其中细胞分裂是活性过程，单个细菌细胞的尖峰是可兴奋过程。电生理模型主要是用来描述真核生物系统，但我们展示了它们在理解细菌生物膜中的用途。我们的代理为基础的火扩散火（ABFDF）模型成功地模拟了通过枯草芽孢杆菌生物膜的离心（远离中心）和向心（向中心）的电信号的传播。此外，ABFDF模型允许现实的空间定位的细菌在两个维度中被包括在火扩散火模型，这是关键因素，提高与实验的一致性。传播速度不是恒定的，而是取决于传播电波阵面的半径。向心波被观察到移动速度比离心波，这是一个曲率驱动的效果，并正确地捕捉到我们的模拟。
Bacterial biofilms are a risk to human health, playing critical roles in persistent infections. Recent studies have observed electrical signaling in biofilms and thus biofilms represent a new class ofactive excitable matterin which cell division is the active process and the spiking of the individual bacterial cells is the excitable process. Electrophysiological models have predominantly been developed to describe eukaryotic systems, but we demonstrate their use in understanding bacterial biofilms. Ouragent-based fire-diffuse-fire(ABFDF) model successfully simulates the propagation of both centrifugal (away from the center) and centripetal (toward the center) electrical signals through biofilms ofBacillus subtilis. Furthermore, the ABFDF model allows realistic spatial positioning of the bacteria in two dimensions to be included in the fire-diffuse-fire model and this is the crucial factor that improves agreement with experiments. The speed of propagation is not constant and depends on the radius of the propagating electrical wave front. Centripetal waves are observed to move faster than centrifugal waves, which is a curvature driven effect and is correctly captured by our simulations.
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