Crecimiento de colonias de bacterias no motiles.

DAVID HANSMANN; LAUTARO VASSALLO

Mar del Plata

Congreso; XVI TREFEMAC; 2018

Las colonias de bacterias que crecen en una superficie sólida exhiben una gran variedad de patrones e interfaces características, dependiendo de las condiciones externas del medio de cultivo y de la especie bacteriana.Estos fenómenos de crecimiento pueden ser, y han sido, estudiados en términos de la Mecánica Estadística, donde el papel de las partículas clásicas que componen el sistema es reemplazado por agentes biológicos. Los modelos existentes se basan típicamente en ecuaciones de reacción-difusión o en procesos de crecimiento que están limitados a un enrejado (on-lattice). En contraste, en el presente trabajo modelamos el crecimiento de la colonia utilizando bacterias proliferantes que se mueven por el mecanismo llamado deslizamiento pasivo (sliding), fuera de enrejado (off-lattice), donde una bacteria se duplica después de absorber su sustento del medio ambiente. El modelo propuesto representa a las bacterias como cuerpos circulares rígidos y a los nutrientes del ambientecomo partículas brownianas, bajo la hipótesis de que las interacciones entre las bacterias y el medio ambiente, y entre las bacterias, son las mismas para los diferentes patrones de colonias. En consecuencia, los únicos parámetros libres del modelo son el coeficiente de difusión y la concentración de los nutrientes. Esta configuración nos permitió simular una amplia gama de morfologías que reproducen en gran medida las observaciones experimentales, desde patrones redondos y compactos hasta patrones extremadamente ramificados. Los resultados de estas simulaciones se analizaron utilizando diferentes técnicas conocidas de la física estadística, que incluyen estudios de las relaciones de escala y las leyes de potencia asociadas, las propiedades fractales de las estructuras y las multifractales de la probabilidad de crecimiento asociada. A partirde estos análisis, se encontró que las colonias redondas y compactas presentan propiedades estadísticas de la clase de universalidad KPZ y las colonias ramificadas tienen características fractales que están de acuerdo con el modelo de agregación limitada de difusión (DLA) de Witten y Sander. En conclusión, el modelo presentado en este trabajo muestra que simples interacciones de cuerpos rígidos entre bacterias moviéndose pasivamente pueden conducir a una variedad de patrones de colonias observadas en experimentos. Además, se pudo mostrar que la clase de universalidad asociada al modelo, depende en gran medida de las condiciones ambientales.