酵母バイオフィルムにおける花パターン形成のメカニズムとしての非線形な細胞拡散として栄養制限のある成長

Alexander Tam;...;Benjamin J.Binder(2018.7, Journal of Theoretical Biology)[Nutrient-limited growth with non-linear cell diffusion as a mechanism for floral pattern formation in yeast biofilms]
 
理由
Biological Traveling wavesの論文
 
概要
先行研究によって、成熟したマット状のバイオフィルムは花弁様の構造を形成する特徴がある花形態を作成することが示された。この研究では、栄養制限のある成長が、これらの花パタンを形成するメカニズムであるという仮説を調査する。このために、実験的解析と数理解析を組み合わせる。分裂酵母のマット形成実験において、マットがおおよそ一定のスピードで急速に拡大し、最終的に円形から花形態へ遷移することを観察する。栄養制限のある成長がこれらの特徴を説明できるように拡張するため、提案されている酵母成長に関する数理モデルを適用する。モデルは、酵母細胞の密度と栄養濃度に、非線形かつ減少する細胞の拡大の拡散項を組み合わせた反応拡散方程式の共役システムで構成されている。理論的かつ数値的な幾何単数を用いて、モデルが1次元に応用する進行波解を導き、これによって実験データからの拡散率が推論できる。次に、実現可能な実験パラメーターの2次元の平面な進行波解が線形であり、非平面な摂動に不安定であることを示すために、線形安定性解析を用いる。これが、花を形成する潜在的なメカニズムを与え、これによって特徴的な花の幅を予測できる。これらの予測とモデルの数値解と実験データはよく一致している。したがって、非線形な細胞拡散メカニズムによって、細胞外流動の流れや細胞接着、もしくは細胞の形や行動の変化のような他のメカニズムを引き起こす必要なく、酵母のマットバイオフィルムにおけるパタン形成を説明できると結論づける。

雑記

全て忘れるために旅行に来たのに結局データ点とってる、つらし