Published January 1, 2017
| Version v1
Publication
Open
On the stabilizing effect of chemotaxis on bacterial aggregation patterns
- 1. Mathematics Research Center
- 2. Universidad Nacional Autónoma de México
Description
Abstract We consider a chemotaxis-reaction-diffusion system that models the dynamics of colonies of Bacillus subtilis on thin agar plates. The system of equations was proposed by Leyva et al . [14], based on a previous non-chemotactic model by Kawasaki and collaborators [9], which reproduces the dense branching patterns observed experimentally in the semi-solid agar, low-nutrient regime. Numerical simulations show that, when the chemotactic sensitivity toward nutrients is increased, the morphology of the colony changes from a dense branched pattern to a uniform envelope that propagates outward. Here, we provide a quantitative argument that explains this change in morphology. This result is based on energy estimates on the spectral equations for perturbations around the envelope front, suggesting the suppression of colony branching as a result of the stabilizing effect of the increasing chemotactic signal.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة نحن نعتبر نظام الانجذاب الكيميائي - التفاعل - الانتشار الذي يصمم ديناميكيات مستعمرات العصوية الرقيقة على صفائح الآجار الرقيقة. تم اقتراح نظام المعادلات من قبل ليفا وآخرون . [14]، بناءً على نموذج غير كيميائي سابق من قبل كاواساكي والمتعاونين [9]، والذي يعيد إنتاج أنماط التفرع الكثيفة التي لوحظت تجريبيًا في نظام الآجار شبه الصلب منخفض المغذيات. تظهر المحاكاة العددية أنه عندما تزداد حساسية التكتيك الكيميائي تجاه العناصر الغذائية، يتغير مورفولوجيا المستعمرة من نمط متفرع كثيف إلى غلاف موحد ينتشر إلى الخارج. هنا، نقدم حجة كمية تفسر هذا التغيير في المورفولوجيا. تعتمد هذه النتيجة على تقديرات الطاقة على المعادلات الطيفية للاضطرابات حول مقدمة الغلاف، مما يشير إلى قمع تفرع المستعمرة نتيجة لتأثير الاستقرار للإشارة الكيميائية المتزايدة.Translated Description (French)
Résumé Nous considérons un système de chimiotaxie-réaction-diffusion qui modélise la dynamique des colonies de Bacillus subtilis sur des plaques de gélose minces. Le système d'équations a été proposé par Leyva et al. [14], basé sur un modèle non chimiotactique précédent de Kawasaki et collaborateurs [9], qui reproduit les schémas de ramification denses observés expérimentalement dans le régime semi-solide de gélose à faible teneur en nutriments. Les simulations numériques montrent que, lorsque la sensibilité chimiotactique aux nutriments est augmentée, la morphologie de la colonie passe d'un motif ramifié dense à une enveloppe uniforme qui se propage vers l'extérieur. Nous fournissons ici un argument quantitatif qui explique ce changement de morphologie. Ce résultat est basé sur des estimations d'énergie sur les équations spectrales pour les perturbations autour du front de l'enveloppe, suggérant la suppression de la ramification des colonies en raison de l'effet stabilisateur du signal chimiotactique croissant.Translated Description (Spanish)
Resumen Consideramos un sistema de quimiotaxis-reacción-difusión que modela la dinámica de las colonias de Bacillus subtilis en placas de agar delgadas. El sistema de ecuaciones fue propuesto por Leyva et al . [14], basado en un modelo no quimiotáctico previo de Kawasaki y colaboradores [9], que reproduce los patrones de ramificación densa observados experimentalmente en el agar semisólido, régimen bajo en nutrientes. Las simulaciones numéricas muestran que, cuando aumenta la sensibilidad quimiotáctica hacia los nutrientes, la morfología de la colonia cambia de un patrón ramificado denso a una envoltura uniforme que se propaga hacia afuera. Aquí, proporcionamos un argumento cuantitativo que explica este cambio en la morfología. Este resultado se basa en estimaciones de energía en las ecuaciones espectrales para perturbaciones alrededor del frente envolvente, lo que sugiere la supresión de la ramificación de la colonia como resultado del efecto estabilizador del aumento de la señal quimiotáctica.Files
article-p157.pdf.pdf
Files
(757.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d0b18cc8096289123f8266e02bca4624
|
757.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حول تأثير استقرار الانجذاب الكيميائي على أنماط التجميع البكتيري
- Translated title (French)
- Sur l'effet stabilisateur de la chimiotaxie sur les schémas d'agrégation bactérienne
- Translated title (Spanish)
- Sobre el efecto estabilizador de la quimiotaxis en los patrones de agregación bacteriana
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2615920757
- DOI
- 10.21042/amns.2017.1.00013
References
- https://openalex.org/W1978566010
- https://openalex.org/W1978941072
- https://openalex.org/W1981200414
- https://openalex.org/W1996488036
- https://openalex.org/W2011584218
- https://openalex.org/W2021117151
- https://openalex.org/W2029883772
- https://openalex.org/W2036425323
- https://openalex.org/W2044029909
- https://openalex.org/W2059950865
- https://openalex.org/W2064441783
- https://openalex.org/W2079949023
- https://openalex.org/W2110334865
- https://openalex.org/W2113802942
- https://openalex.org/W2116049885
- https://openalex.org/W2146354638
- https://openalex.org/W2154582065
- https://openalex.org/W2964253199
- https://openalex.org/W3022347268
- https://openalex.org/W3103299816