18、微生物群落决策模型解读

微生物群落决策模型解读

在微生物群落的研究中，理解微生物之间的相互作用以及它们如何在不同环境条件下做出决策至关重要。本文将深入探讨微生物群落决策模型，包括不同培养环境（恒化器和分批培养）对微生物共存的影响、决策制定的相关原理，以及基于代谢网络构建的四种微生物群落生长模型，并通过具体应用案例展示这些模型的特点。

1. 不同培养环境对微生物共存的影响

在基于基因组规模代谢模型（GSMs）的研究中，恒化器和分批培养在代谢稳态方面存在显著差异，这些差异对微生物的共存可能性产生了关键影响。
- 分批培养 ：对于非相互作用的微生物，只有当所有相关物种恰好具有完全相同的生长速率时，才能实现平衡生长，但这种情况在实际中几乎不可能发生。因此，要模拟微生物群落的共存，微生物之间必须存在明确的相互作用，如交叉喂养或达成以相同速率生长的某种协议。
- 恒化器培养 ：当恒化器中进料的营养物质浓度保持恒定时，如果竞争物种受到不同营养物质的限制，它们可能在D - 生长条件下共存。这使得基于交叉喂养和不同营养限制的共存状态模型成为可能。

2. 决策制定的原理

在FBA类型的分析中，环境假设（即营养物质浓度的可观测性或不可观测性）对决策制定模型也有影响。决策制定被建模为一个双层优化问题，一方面，群落追求一个适应度目标（高群落生物量生产）；另一方面，每个微生物物种优化自身的适应度（生长速率）。抽象地说，存在两种类型的决策者：一种是做出群落决策的，另一种是为个体做出决策的。群落决策者的存在是假设性的，可能源于物种的共同进化。
由于群落和个体决策者可能遵循相互矛盾的策略，因此需要一种冲突解决原则。常见的