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來自慕尼黑路德維希馬克西米利安大學(xué)(LMU)納米科學(xué)中心的研究人員利用實驗和計算機(jī)模型研究了細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)的種群動態(tài)。

他們的研究重點(diǎn)關(guān)注大腸桿菌的不同菌株，今天發(fā)表在“物理生物學(xué)”雜志上。主要作者，來自LMU的Madeleine Opitz博士說：“細(xì)菌群落對全球氣候，生態(tài)系統(tǒng)，食物鏈和人類健康產(chǎn)生重大影響。組成細(xì)菌之間的相互作用決定了群落組成和種群動態(tài)。

“詳細(xì)了解其工作原理可以幫助開發(fā)新的細(xì)菌感染治療方法。“我們對細(xì)菌群落中的相互作用的理解有限。由于細(xì)菌相互作用的復(fù)雜性，通常在理論上研究控制生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)的機(jī)制。通常缺乏支持這些理論結(jié)論的詳細(xì)實驗研究。”

Opitz博士及其同事研究了異質(zhì)毒素產(chǎn)生(C株)，毒素敏感(S株)和毒素抗性(R株)細(xì)菌的混合群落。他們使用多尺度熒光顯微鏡，這有助于識別細(xì)菌競爭中未知或低估的隨機(jī)過程(隨機(jī)效應(yīng))。這使他們能夠研究R和C菌株的微觀相互作用，并量化隨機(jī)效應(yīng)在空間結(jié)構(gòu)化CRS相互作用中的作用。

多尺度延時數(shù)據(jù)使研究人員能夠解開相互作用對局部和全球影響對宏觀競爭結(jié)果的影響。他們還研究了抗性菌株的螯合作用，該抗性菌株受益于C菌株產(chǎn)生的毒素而不需要支付生產(chǎn)成本，并確定了保持這種作弊的距離。

Opitz博士說：“我們的結(jié)果表明，早期的菌落模式受定位和毒素生產(chǎn)的隨機(jī)過程影響。然后，在第二個競爭階段，主要是確定性過程，如細(xì)菌生長和全球毒素作用決定了以下的種群動態(tài)。”

與環(huán)境因素一起，表征早期階段的變量可靠地預(yù)測競爭結(jié)果。該團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，相鄰R和C群的相互作用可以放大局部變化，影響競爭動態(tài)和競爭結(jié)果。Opitz博士補(bǔ)充說：“對于這種鄰居相互作用，我們確定了作為C和R在S上的聯(lián)合作用的作弊。在微觀尺度上分析了局部相互作用，我們估計了鄰居相互作用發(fā)生顯著變化的距離。 250微米。“