Изучение механизма волнового распространения бактерий E.coli

Авторы: Фомин Петр, Лосев Михаил,Класс: 10

Научный руководитель: Заводов Алексей Александрович, выпускник бакалавариата факультета инноваций и высоких технологий Московского Государственного Университета

Была выдвинута гипотеза о том, что распространение бактерий можно описать некоторым волновым уравнением, а фронт этой волны представляет собой окружность, внутри которой находятся колония. Количество бактерий меняется со временем и увеличивается расстояние от центра колонии до кривой, проходящей через точки волнового фронта. Подобные соображения позволяют сделать вывод о том, что численность колонии зависит именно от этих величин. В качестве основы нашей модели мы использовали экспоненциальную формулу роста численности бактерий. Следующим нашим предположением было то, что отношение количества бактерий к площади, находящейся внутри окружности волнового фронта есть, величина постоянная.

Для того, чтобы подтвердить нашу гипотезу мы прибегли к съемке одиночных колоний E.coli в процессе их роста. Экспериментальная установка представляла собой термостат, с размещенной внутри оптической системой. Собранный оптический прибор состоял из штатива с закрепленной чашкой петри, светодиодного фонарика, микроскопа, подключенного к компьютеру и цветных линз. Съемка производилась на цифровой микроскоп ProScope HR2 на протяжении 18 часов с частотой 1 кадр в минуту. Далее кадры были объединены в видеофайлы и обработаны при помощи программы Tracker. На плоскости выбиралась точка, куда изначально производился посев бактерий. После получения экспериментальных данных о координатах точек на фронте колонии, было произведено усреднение радиуса и построен график зависимости радиуса от времени. Полученные данные были аппроксимированы. Результатом стало уравнение прямой. Коэффициент корреляции полученной формулы с данными эксперимента составил 0,993. Такой результат подтверждает наши гипотезы о том, что процесс распространения бактерий можно описать волновым уравнением. Также в ходе экспериментов было обнаружено взаимное торможение противонаправленных волн разных колоний, а также слияние волн одной колонии.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование