A Predictive Reaction-Diffusion Based Model of E.coliColony Growth Control

菌落 菌落形态 反应扩散系统 师(数学) 扩散 非线性系统 生物系统 GSM演进的增强数据速率 功能(生物学) 增长模型 过程(计算) 控制(管理) 计算机科学 生态学
作者
Changhan He,Samat Bayakhmetov,Duane Harris,Yang Kuang,Xiao Wang
出处
期刊:IEEE control systems letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:5 (6): 1952-1957 被引量:1
标识
DOI:10.1109/lcsys.2020.3046612
摘要

Bacterial colony formations exhibit diverse morphologies and dynamics. A mechanistic understanding of this process has broad implications to ecology and medicine. However, many control factors and their impacts on colony formation remain underexplored. Here we propose a reaction-diffusion based dynamic model to quantitatively describe cell division and colony expansion, where control factors of colony spreading take the form of nonlinear density-dependent function and the intercellular impacts take the form of density-dependent hill function. We validate the model using experimental E. coli colony growth data and our results show that the model is capable of predicting the whole colony expansion process in both time and space under different conditions. Furthermore, the nonlinear control factors can predict colony morphology at both center and edge of the colony.

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