Интерактивная визуализация бактериального кворум-сенсинга: уравнение Хилла, динамика автоиндукторов, фазовый переход и кооперативная активация генов
Кворум-сенсинг — механизм межклеточной коммуникации, при котором бактерии координируют экспрессию генов в зависимости от плотности популяции. Бактерии выделяют сигнальные молекулы-автоиндукторы (AI). Когда концентрация AI достигает порога, она активирует транскрипцию целевых генов — биолюминесценцию, факторы вирулентности или биоплёнки. Ответ описывается уравнением Хилла: G([AI]) = [AI]^n / (K_d^n + [AI]^n).
Динамика автоиндуктора: d[AI]/dt = α·N − β·[AI] + γ·G([AI]), где α — скорость продукции, β — деградации, N — популяция, γ — положительная обратная связь. Положительная обратная связь создаёт бистабильность. Резкость переключения зависит от коэффициента Хилла n: n > 1 — сигмоидный ответ; n = 1 — гиперболический.
Vibrio fischeri обеспечивает биолюминесценцию в симбиозе с гавайским кальмаром. Pseudomonas aeruginosa активирует факторы вирулентности при высокой плотности. Терапии против кворум-сенсинга (quorum quenching) — перспективная альтернатива антибиотикам.
Начните с V. fischeri для резкого переключения. Нажмите Запуск для наблюдения за ростом колонии и активацией генов. P. aeruginosa — ещё более резкий переключатель (n=5). S. pneumoniae — более плавный (n=2). Настройте коэффициент Хилла для управления фазовым переходом.