Os pesquisadores da Universidade Estadual da Flórida e da Universidade Estadual de Cleveland apresentam em nova pesquisa publicada pelo Biophysical Reports um modelo matemático que explica como as bactérias se comunicam dentro de um ecossistema maior. Ao entender como esse processo funciona, os pesquisadores podem prever quais ações podem provocar determinadas respostas ambientais de uma comunidade bacteriana.
“Normalmente, os modelos de bactérias em ambientes sintéticos envolvem muitas equações descrevendo muitas coisas, mas eles não eram realmente flexíveis para diferentes aplicações”, disse o coautor Bhargav Karamched, professor assistente no Departamento de Matemática e no Instituto de Biofísica Molecular da Universidade Estadual da Flórida. “O que meus colaboradores e eu fizemos foi criar um modelo matemático flexível que pode ser aplicado a uma variedade de configurações experimentais.”
Modelos como o desenvolvido pela equipe de Karamched ajudam a prever como essas comunidades bacterianas coordenam a atividade, permitindo que os projetistas ajustem os parâmetros de uma comunidade, como os tamanhos populacionais de diferentes tipos de bactérias ou os laços de retroalimentação, e os adaptem para diferentes propósitos. Por exemplo, em uma população de duas espécies de bactérias, ter mais de uma espécie de bactéria pode ser perigoso para um organismo hospedeiro, enquanto ter mais da outra pode ser benéfico.
Ter a mistura certa é crucial e os modelos ajudam os pesquisadores a projetar e analisar as comunidades bacterianas que eles criam. “O que falta na biologia sintética agora são esses modelos gerais e flexíveis que estão prontos para uso”, disse Karamched. “Isso pode não capturar todos os detalhes em uma comunidade bacteriana, mas ainda captura a estrutura geral do que está acontecendo.
Os cientistas e engenheiros podem usar isso para comparar com o seu trabalho experimental e avançar.” Os pesquisadores também testaram seu modelo contra pesquisas publicadas anteriormente que examinaram como as bactérias se comunicam através de grandes lacunas espaciais.
A pesquisa anterior descobriu que as bactérias precisavam apenas de um laço de retroalimentação positiva para se comunicarem entre si. Mas o modelo de Karamched e seus colaboradores prevê que a taxa de produção de moléculas sinalizadoras também deve estar dentro de um intervalo específico para que a coordenação ocorra. “Este modelo prepara o terreno para uma ampla gama de futuros experimentos testando diferentes interações de cepas e geometrias”, disse o coautor Shawn Ryan, professor associado no Departamento de Matemática e Estatística e co-diretor do Centro de Análise de Dados e Modelagem Aplicada da Universidade Estadual de Cleveland.
Ryan Godin, um antigo estudante da Universidade Estadual de Cleveland e atual estudante de doutorado em engenharia química na Universidade Estadual de Iowa, foi o autor principal deste artigo.
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