A Predictive Reaction-diffusion Based Model of E.coli Colony Growth Control.
A Predictive Reaction-diffusion Based Model of E.coli Colony Growth Control.
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DOI：
10.1109/lcsys.2020.3046612
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发表时间：
2021-12
影响因子：
3
通讯作者：
Wang X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
He C;Bayakhmetov S;Harris D;Kuang Y;Wang X
细菌菌落形成表现出不同的形态和动态。对这一过程的机械理解对生态学和医学具有广泛的影响。然而，许多控制因素及其对菌落形成的影响仍未得到充分研究。在这里，我们提出了一种基于反应扩散的动态模型来定量描述细胞分裂和集落扩张，其中集落扩散的控制因素采取非线性密度依赖函数的形式，细胞间影响采取密度依赖希尔函数的形式。我们使用实验性大肠杆菌菌落生长数据验证了该模型，结果表明该模型能够预测不同条件下时间和空间上的整个菌落扩张过程。此外，非线性控制因子可以预测集落中心和边缘的集落形态。
Bacterial colony formations exhibit diverse morphologies and dynamics. A mechanistic understanding of this process has broad implications to ecology and medicine. However, many control factors and their impacts on colony formation remain underexplored. Here we propose a reaction-diffusion based dynamic model to quantitatively describe cell division and colony expansion, where control factors of colony spreading take the form of nonlinear density-dependent function and the intercellular impacts take the form of density-dependent hill function. We validate the model using experimental E. coli colony growth data and our results show that the model is capable of predicting the whole colony expansion process in both time and space under different conditions. Furthermore, the nonlinear control factors can predict colony morphology at both center and edge of the colony.
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