Każdy ekosystem na Ziemi zamieszkują zbiorowiska bakterii i innych mikroorganizmów. Występują na powierzchni przedmiotów, w glebie i wodzie, żyją w organizmach ludzi i zwierząt. Często tworzą na powierzchniach gęste kolonie zwane biofilmami. Wśród wielu specyficznych czynników wzrostu i funkcjonowania kolonii wymienia się przede wszystkim dostęp do składników pokarmowych w podłożu. Większość biofilmów występujących w przyrodzie to mieszaniny różnych gatunków bakterii. Modelowanie matematyczne rozwoju kolonii bakteryjnych sprzyja optymalizacji badań biologicznych i produkcji substancji z ich wykorzystaniem, między innymi farmaceutyków. W ramach współpracy naukowej pracowników Instytutu Technologii Paliw i Energii oraz Politechniki Śląskiej opracowano model opisujący zachowania bakterii w zależności od stężenia składników odżywczych w podłożu. Wyniki tych prac zostały opublikowane w artykule pt. Parameter Estimation in the Mathematical Model of Bacterial Colony Patterns in Symmetry Domain. W modelu wykorzystano charakterystykę powszechnie występującego mikroorganizmu jakim jest bakteria Gram-dodatnia Bacillus subtilis. Jest to symbiont wytwarzający związek zwany bacytracyną, który hamuje rozwój innych bakterii Gram-dodatnich. W rezultacie bakterie te znajdują zastosowanie głównie w przemyśle farmaceutycznym. Z uwagi na brak części danych wejściowych, wykorzystano tu podejście polegające na rozwiązaniu problemu odwrotnego, które pozwala na uzyskanie stosunkowo dokładnych rozwiązań. Zaprezentowany w pracy model opisuje rozmieszczenie bakterii oraz stężenie substratu w przestrzeni i czasie. Przedstawiono metodę rozwiązania problemu odwrotnego, polegającą na wyznaczeniu współczynnika dyfuzji bakterii na podstawie pomiarów gęstości B. subtilis w ustalonym punkcie obszaru. Rozważana metoda jest oparta na minimalizacji funkcji celu za pomocą algorytmu Fibonacciego. Uzyskane wyniki potwierdzają dokładność i stabilność prezentowanej metody.
Artykuł został opublikowany w ramach polityki wolnego dostępu (Open Access).
Zapraszamy do lektury!
Przygotowała: Agata Wajda
Zakład Gospodarki o Obiegu Zamkniętym