Dictiostellium discoideum (DD) — вид почвенных амеб (миксамеб), относящийся к подтипу Mycetozoa типа Amoebazoa. Жизненный цикл этого организма, обычно называемого слизевиком, состоит из одноклеточной и многоклеточной стадий: при недостатке пищи миксамебы прекращают питаться, сползаются друг к другу, сталкиваются и слипаются образуя промежуточные кластеры, которые затем агрегируют с образованием так называемого слизня, включающего в себя до 〖10〗^5 клеток. Этот процесс контролируется взаимодействующими друг с другом внутри- и внеклеточными системами сигнализации.

В настоящей работе предложена модель начальных стадий агрегации миксамеб, основанная на идеях и подходах, развитых в теориях конечных и клеточных автоматов. Модель включает в себя четыре виртуально связанные одинаковые двумерные решетки, заполнение ячеек которых описывает поведение популяции миксамеб. Одна из них, описывающая движение миксамеб, состоит из четырех параллельных слоев, то есть она фактически трехмерна. На нижнем слое исходно находятся подвижные конечные автоматы. Заполнение ячеек этой решетки происходит по определенным правилам и соответствует начальным стадиям агрегации вплоть до образования трехмерной четырехслойной холмоподобной структуры. Остальные три решетки моделируют выделение и диффузию трех основных сигнальных компонентов, образующих хемотаксическое поле, которое определяет поведение миксамеб [1].

Эта модель была модифицирована посредством учета зависимости движения миксамеб от внутриклеточной концентрации 〖Са〗^(2+). Движение амеб может быть либо направленным по градиенту концентрации циклического аденозинмонофосфата, либо случайным блужданием. Также на направление движения амеб влияет концентрация 〖Са〗^(2+)в ближайшем окружении.

Результаты расчетов показывают, что при достижении агрегатом некоторого размера его рост прекращается, и число клеток в нем колеблется вокруг среднего значения. Такое поведение указывает на то, что агрегация определяется двумя конкурирующими механизмами: один способствует росту агрегата, другой – отсоединению от него клеток или мелких кластеров [2].



Список литературы:

[1] Кручинин И.В., Яковенко Л.В., Компьютерная модель начальных стадий агрегации миксамеб Dictiostellium discoideum. – Ученые записки физического факультета московского университета, 2021, №6, с. 1-9;

[2] Кручинин И.В., Яковенко Л.В., Два конкурирующих механизма при агрегации Dictyostelium discoideum. – Актуальные вопросы биологической физики и химии, изд-во СевГу, 2022, том 7, №3 с. 393-398.

Dictyostelium discoideum ( DD ) is a species of soil-dwelling amoeba belonging to the phylum Amoebozoa, infraphylum Mycetozoa. The life cycle of this organism, commonly referred to as a slime mold, consists of unicellular and multicellular stages: when food is scarce, myxamoebae stop feeding, move to each other, collide and stick together, forming intermediate clusters, which then aggregate to form a so-called slug, which includes up to 〖10〗^5 cells. This process is controlled by interacting intracellular and extracellular signaling systems.

We propose a model of the initial stages of myxamoeba aggregation based on moving finite automata. The model includes four interconnected grids, one of which, that describes the movement of myxamoebae, consists of movable finite automata and has four layers. The other three grids describe the release and diffusion of three main signal components forming the chemotactic field that determines the behavior of myxamoebae [1].

This model is modified by taking into account the dependence of myxamoebae movement on the intracellular Ca^(2+) concentration. Movements of amoebae can be either directed along the concentration gradient of cyclic adenosine monophosphate, or random walk. Also, the direction of movement of amoebas is affected by the concentration of Ca^(2+) in the immediate environment.

The calculation results show that when the aggregate reaches a certain size its growth stops and the number of cells in it fluctuates around the average value. Such behavior suggests that aggregation is determined by two competing mechanisms: one promotes the growth of the aggregate while the other promotes detachment of cells or small clusters from it [2].



References:

[1] Kruchinin I.V., Yakovenko L.V., A computer model of the initial stages of aggregation of Dictiostellium discoideum myxameres. - Uchenye zapiski fizicheskogo fizicheskogo urovoditeliya Moskva, 2021, no. 6, pp. 1-9;

[2] Kruchinin I.V., Yakovenko L.V., Two competing mechanisms in the aggregation of Dictyostelium discoideum. - Actual Problems of Biological Physics and Chemistry, SevGU Press, 2022, vol. 7, no. 3 p. 393-398.