通过考虑营养限制建模生物膜中的抗生素耐受性

使用生物膜动力学的数学模型来研究生物膜中微生物对抗生素杀灭的保护能力，主要基于局部营养限制和缓慢生长的机制。模型假设抗生素的杀灭速率与局部生长速率成正比。生物膜中的生长速率是通过使用单一生长限制底物的局部浓度，结合Monod动力学计算得出的。通过解决反应扩散问题，计算该代谢底物的浓度分布。模型预测了以下特征：生长的分层模式，在生物膜内部存在无生长区，生物膜微生物的缓慢杀灭，随着初始生物膜厚度的增加而进一步减缓，生物膜内部杀灭的空间模式不均匀，随着提供生物膜的生长限制底物浓度降低而非线性下降的生物膜杀灭速率，以及当外部物质传递阻力显现时耐受性增强。该建模研究也为进一步探讨一种假设的细胞状态提供了动机，其中受损细胞被视为不可生存，但仍继续消耗底物。根据模拟，这种细胞状态的存在可以进一步延缓生物膜杀灭。结果支持营养限制和缓慢生长对生物膜中微生物抗生素耐受性的重要贡献。