Mathematical models for siderophore production and siderophore mediated antagonism in bacterial populations under iron limitation
Notice bibliographique
Résumé
Although iron is the most abundant transition metal on earth, its solubility is very low and therefore its bioavailability is poor. Many microorganisms have developed iron chelating systems and often produce siderophores which are iron chelators secreted by the cell. In particular, Pseudomonads are prominent producers of a siderophore called pyoverdine that has a high iron binding capability. The pseudomonas-pyoverdine system is modeled through a system of nonlinear differential equations that explicitly takes into account the transient adaptation (lag phase) of the average physiological state of the population to the environmental conditions. Various lag phase models are considered and a parameter identification study is conducted. The theoretical properties of the model, the model behavior at small and large times, and local stability are analyzed. A new competition model based on iron chelation is also developed. A population of a chelator microorganism (e.g., Pseudomonas) and a non-chelator (e.g., a pathogen) is considered. The chelator is assumed to produce an iron-chelating siderophore which binds ferric ions and makes them available only to the chelator and not to the competing microorganism. A qualitative analysis of the model for the batch case (no inflow or outflow) is carried out and the global behavior of the model variables is studied. For the chemostat case, the equilibrium points are derived and their local stability is studied. The principle of competitive exclusion that bases survivability of the competing species on their break even points is found not to apply. An optimal finite-time control strategy is proposed that aims at manipulating the microbial community by preemptive colonization to displace the pathogenic bacteria through competition for iron. Pontryagin's Minimum Principle is used to characterize the optimal control and the optimality system composed of state and adjoint differential equations is numerically solved. Existence results are established and various simulations are carried out to illustrate the technique. It is found that through the optimal feeding strategy, it is possible to move from an existing non-desired equilibrium whereby the pathogen outcompetes Pseudomonas to a more desirable equilibrium where the pathogen gets extinct.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».