Компьютерное моделирование морфогенетического цикла бактерий рода Rhodococcus
Автор: Любивая Оксана Владимировна, Куюкина Мария Станиславовна, Осипенко Михаил Анатольевич
Статья в выпуске: 1, 2009 года.
Бесплатный доступ
Актинобактерии рода Rhodococcus используются в различных областях биотехнологии и охраны окружающей среды: в биоиндикации углеводородных залежей, интенсификации процессов биодеградации нефтяных загрязнений, синтезе кормового белка, биокатализе в тонком органическом синтезе. Поэтому биология алканотрофных родококков в последнее время находится в центре внимания исследователей. Однако ряд характеристик этой практически значимой группы микроорганизмов до сих пор исследован неполно. Это относится, в частности, к параметрам и закономерностям морфогенетических циклов развития - периодически повторяющихся процессов роста и деления клеток. Цикл развития протекает следующим образом. Клетки старой культуры, высеваемые в питательную среду, являются кокковидными. Через несколько часов после высева клетки приобретают укороченные изогнутые палочковидные формы. Затем образуются нитевидные выросты, и происходит латеральное ветвление; длина отростков растет. Примерно через сутки начинается фрагментация мицелия и укорачивание клеток. Через 2-3 суток преобладают короткие палочки и кокковидные формы. Предложена вероятностная компьютерная модель морфогенетического цикла. В результате расчетов находится зависимость средней длины клетки от времени, а также формируются модели микрофотографий культуры клеток в различные моменты времени. Установлено удовлетворительное совпадение теоретических результатов с экспериментальными.
Актинобактерии, биотехнологии, морфогенетический цикл, компьютерный эксперимент, рост клетки
Короткий адрес: https://sciup.org/146211317
IDR: 146211317
Текст научной статьи Компьютерное моделирование морфогенетического цикла бактерий рода Rhodococcus
Морфогенетический цикл бактерий состоит в росте бактерий, их ветвлении и затем в распаде на короткие формы. Практически наблюдается именно один цикл, так как исчерпание питательных веществ препятствует дальнейшему повторению цикла.
В данной работе ветвление клеток (а также некоторое искривление их в процессе роста) не рассматривалось – рост моделировался как линейный. Процессы роста и распада описывались вероятностным образом.
В момент высева длинам клеток придаются случайные значения, и клетки случайным образом размещаются на плоскости. Рост каждой клетки происходит по закону dL = L dt = T1 , где L – длина клетки, T1 – случайная величина. Вероятность деления клетки за промежуток времени ∆t
∗ Работа выполнена при финансовой поддержке грантами Программы поддержки ведущих научных школ РФ, Программы Президиума РАН “Молекулярная и клеточная биология” и РФФИ № 07-04-97612-р_офи.
где
p = 1 - exp
V T2 7
T2 =
char char L
где Tchar , Lchar – характерные время и длина деления. Число частей, на которое делится клетка, является случайной величиной. После деления клетка не растет.
Натурный эксперимент
Компьютерный эксперимент
Рис. 1. Старая культура (время роста 0 часов)
Натурный эксперимент
Компьютерный эксперимент
Рис. 2. Время роста 15 часов
Натурный эксперимент
Рис. 3. Время роста 96 часов
Компьютерный эксперимент
На рис. 1–3 показаны результаты натурного (лаборатория алканотрофных микроорганизмов ИЭГМ УрО РАН) и компьютерного экспериментов в характерные моменты времени.
На рис. 4 показаны теоретическая и экспериментальная зависимости средней длины клетки от времени.
Рис. 4. Экспериментальная (точки) и теоретическая (линия) зависимости средней длины клетки от времени
Имеется удовлетворительное совпадение теории и эксперимента. Это говорит о том, что предложенная модель верно описывает основные характеристики морфогенетического цикла и допускает дальнейшее развитие.
Получено 01.05.2009.
