Estudo termodinâmico das estruturas de auto-organização de colônias bacterianas

• Processo: 22/09969-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2022
• Data de Término da vigência: 12 de novembro de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Martina Costa Reis
• Beneficiário: Débora Marchesan Cunha
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Adaptação biológica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Adaptação biológica | Colônias bacterianas | Estruturas de auto-organização | Produção de entropia | Termodinâmica do não-equilíbrio | Termodinâmica do não-equilíbrio e aplicações

Resumo

Durante o crescimento de colônias, é comum que bactérias gerem estruturas de auto-organização espaciais que se assemelham àquelas observadas em sistemas químicos. Tais padrões são, na verdade, o resultado das múltiplas interações não-lineares que ocorrem entre os próprios microrganismos e entre os microrganismos e o meio. Desta forma, como sistemas vivos podem ser considerados sistemas químicos abertos fora do equilíbrio, neste projeto, as estruturas de auto-organização formadas durante o crescimento de colônias bacterianas serão estudadas, conforme os fundamentos da termodinâmica do não-equilíbrio e da teoria de estabilidade linear. Para tanto, um modelo matemático baseado em um sistema de equações diferenciais parciais do tipo reação-difusão será usado para calcular a produção de entropia durante o crescimento da colônia e avaliar como a concentração de nutrientes e a viscosidade do meio semissólido afetam a formação das estruturas de auto-organização. Ao contrário dos vários estudos de auto-organização bacteriana disponíveis na literatura, este projeto visa discutir através dos resultados das simulações numéricas e análise de estabilidade linear como o princípio de máxima produção de entropia e a formação de estruturas de auto-organização estão relacionados com os processos de adaptação biológica.