Modeling microbial heterogeneity under antibiotic treatment
抗生素治疗下微生物异质性建模
基本信息
- 批准号:0818050
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing grant
- 财政年份:2008
- 资助国家:美国
- 起止时间:2008-08-15 至 2012-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The main goal of this research project is to extend the traditional mathematical framework for modeling microbial kinetics to a systematic study of heterogeneous bacterial populations.New applications from dynamical systems, ordinary and partial differential equations, and stochastic processes will be developed to formulate and study a new class of mathematical models focusing on physiological aspects determining bacterial heterogeneity. The models will be scrutinized using a combination of analytical and numerical methods, and compared to experimental data in the literature. This project will not only advance the general mathematical theory of microbial populations, but it will also produce a number of theoretical conclusions and predictions presented in a way that would be useful for biologists studying microbial heterogeneity in the laboratory setting. This research project will serve as a training ground for future interdisciplinary scientists. The principal investigator will develop a research-based set of educational materials in dynamics of heterogeneous bacterial populations.The evolution and spread of pathogenic bacteria that are genetically resistant to antibiotics plays a significant role in the failure of antibacterial chemotherapy. However, for many acute and chronic bacterial infections neither treatment failure nor the extensive time needed for antibiotics to be effective can be attributed to inherited (genetic) drug resistance in the bacterial populations. Genetically homogenous populations of bacteria are in fact heterogeneous because they include subpopulations that for various physiological and ecological reasons are refractory to antibiotics. Frequently, bacterial populations are also heterogeneous with respect to their metabolism. This research project will integrate the modeling, experimental and analytic approaches into a comprehensive theory describing the physiologically heterogeneous bacterial populations. The resulting theory will aid in optimizing the efficiency of antibacterial drug treatment and develop a sound quantitative basis for estimating optimal drug dosages. Another application of the new theory will include the rational design and control of industrial bioreactors and wastewater treatment plants.
本研究计划的主要目标是将传统的微生物动力学数学模型扩展到异质细菌种群的系统研究中,并从动力学系统、常微分方程和偏微分方程以及随机过程中开发新的应用程序,以制定和研究一类新的数学模型,重点关注决定细菌异质性的生理方面。将使用分析和数值方法相结合的模型进行仔细检查,并与文献中的实验数据进行比较。该项目不仅将推进微生物种群的一般数学理论,而且还将产生一些理论结论和预测,这些结论和预测将有助于生物学家在实验室环境中研究微生物异质性。该研究项目将成为未来跨学科科学家的培训基地。主要研究者将开发一套以研究为基础的异质性细菌种群动力学教育材料。对抗生素具有遗传耐药性的致病菌的进化和传播在抗菌化疗失败中起着重要作用。 然而,对于许多急性和慢性细菌感染,治疗失败或抗生素有效所需的时间都不能归因于细菌群体中的遗传(遗传)耐药性。 遗传上同质的细菌群体实际上是异质的,因为它们包括由于各种生理和生态原因而对抗生素无效的亚群。 通常,细菌种群在其代谢方面也是异质的。该研究项目将把建模、实验和分析方法整合到一个描述生理异质性细菌种群的综合理论中。 由此产生的理论将有助于优化抗菌药物治疗的效率,并为估计最佳药物剂量提供合理的定量基础。 新理论的另一个应用将包括工业生物反应器和废水处理厂的合理设计和控制。
项目成果
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