Des chercheurs développent un nouveau modèle qui montre comment les bactéries communiquent

Lorsque les bactéries interagissent, elles émettent des signaux cellulaires qui peuvent déclencher une réponse chez leurs voisines, les obligeant à se comporter différemment ou à produire différentes substances. Par exemple, ils peuvent communiquer pour coordonner le mouvement loin du danger ou pour émettre de la lumière pour éloigner les prédateurs.

Dans une nouvelle recherche publiée par Rapports biophysiquesDes chercheurs de la Florida State University et de la Cleveland State University ont présenté un modèle mathématique qui explique comment les bactéries communiquent au sein d’un écosystème plus vaste. En comprenant le fonctionnement de ce processus, les chercheurs peuvent prédire quelles actions pourraient déclencher certaines réponses environnementales d’une communauté bactérienne.

“En règle générale, les modèles de bactéries dans des environnements synthétiques impliquaient de très nombreuses équations décrivant de très nombreuses choses, mais elles n’étaient pas vraiment flexibles pour différentes applications”, a déclaré le co-auteur Bhargav Karamched, professeur adjoint au département de mathématiques de la FSU et au Institut de biophysique moléculaire. “Ce que mes collaborateurs et moi avons fait, c’est de créer un environnement flexible modèle mathématique qui peut être appliqué à une variété de paramètres expérimentaux.”

Des modèles comme celui développé par l’équipe de Karamched aident à prédire comment ces communautés bactériennes coordonnent l’activité, permettant aux concepteurs d’ajuster les paramètres d’une communauté, tels que la taille des populations de différents types de bactéries ou boucles de rétroactionet les adapter à des fins différentes. Par exemple, dans une population de deux types de bactéries, avoir plus d’un type de bactéries peut être dangereux pour un organisme hôte tout en ayant plus de l’autre peut être bénéfique. Il est crucial d’obtenir la bonne combinaison, et les modèles aident les chercheurs à concevoir et à analyser les communautés bactériennes Ils créent.

“Ce qui manque à la biologie de synthèse en ce moment, ces modèles généraux et flexibles sont prêts à l’emploi », a déclaré Karamched. « Cela ne capture peut-être pas tous les détails d’une communauté bactérienne, mais cela capture toujours le cadre général de ce qui se passe. Les scientifiques et les ingénieurs peuvent l’utiliser pour comparer avec leurs travail expérimental et aller de l’avant.”

Les chercheurs ont également testé leur modèle par rapport à des recherches précédemment publiées qui examinaient la façon dont les bactéries communiquent à travers de grands écarts spatiaux. La recherche précédente a révélé que le bactéries n’avaient besoin que d’une boucle de rétroaction positive pour se signaler l’un à l’autre. Mais le modèle de Karamched et de ses collaborateurs prédit que le taux de production de molécules de signalisation doit également se situer dans une plage spécifique pour que la coordination se produise.

“Ce modèle jette les bases d’un large éventail d’expériences futures testant différentes interactions et géométries de contraintes”, a déclaré le co-auteur Shawn Ryan, professeur agrégé au Département de mathématiques et de statistique et codirecteur du Center for Applied Data Analysis. et la modélisation à l’Université d’État de Cleveland.

Ryan Godin, ancien étudiant à l’Université d’État de Cleveland et actuellement doctorant en génie chimique à l’Université d’État de l’Iowa, était l’auteur principal de cet article.