A Consumer-Resource Description of Public-Goods Production in Microbes

Abstract

[eng] During the last century, microbes were studied as organisms that behave individually. However, over the recent years they have become an important system to study the evolution of collective behaviours in biological systems. The production of public goods, substances that are secreted to the external medium and provide benefit to cells in the vicinity, is one of these behaviours. The aim of this project is to propose a family of models that can describe the growth of microbial populations when they produce public goods. In particular, we will focus our description on those bacteria that use quorum sensing. Quorum sensing is a cell-to-cell communication mechanism that can regulate the expression of certain collective behaviours, like the production of public goods, in response to changes in population density. It is proposed a mean-field description based on consumer-resource ecological models. Therefore, as the simplest possible description, our formalism intends to be a first step to develop a more elaborated theory to study the production of public goods in microbes.

[spa] Durante el siglo pasado, los microorganismos fueron estudiados como agentes que se comportan individualmente. Sin embargo, en estos ´ultimos a˜nos se han convertido en un importante sistema para estudiar la evoluci´on de los comportamientos colectivos en sistemas biol´ogicos. La producci´on de bienes p´ublicos, sustancias secretadas al medio externo y que proporcionan un beneficio a las c´elulas adyacentes, es uno de estos comportamientos. El objetivo de este trabajo es proponer una familia de modelos que pueda describir el crecimiento de poblaciones microbianas cuando producen bienes p´ublicos. En particular, nos centraremos en aquellas bacterias que utilizan quorum sensing. El quorum sensing es un mecanismo de comunicaci´on entre c´elulas que puede regular la expresi´on de ciertos comportamientos colectivos, como la producci´on de bienes p´ublicos, en respuesta a cambios en la densidad de poblaci´on. Se propone una descripci´on en campo medio, basada en modelos ecol´ogicos consumidor-recurso. Por lo tanto, siendo esta la descripci´on m´as sencilla posible, nuestro formalismo pretende ser un primer paso para desarrollar una teor´ıa m´as elaborada para el estudio de la producci´on de bienes p´ublicos en microorganismos.