УДК 579
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА 
ARTHROBACTER GLOBIFORMIS
Р.Ю. Селимов, Э. В. Карасева
Кубанский государственный университет, Краснодар

В статье анализируются результаты исследований морфологии в процессе морфогенетического развития клеток бактерии Arthrobacter globiformis, описывается построенная на их основе математическая модель. Разработано программное обеспечение для визуализации моделируемого процесса. Подсчитаны коэффициенты достоверности функций полученной модели, проведена верификация путем сравнения реальных и теоретических микрофотографий.

На сегодняшний день биологические методы очистки от нефтезагрязнений, основанные на естественных процессах разложения, – наиболее перспективные (Тимергазина, Переходова, 2012). Нефтеокисляющие коринеформные бактерии рода Arthrobacter – важные с точки зрения биотехнологии микроорганизмы и являются высокоэффективными деструкторами нефти (Карасева, 2017), что указывает на актуальность данного исследования.

Материал и методы
Объект исследования – бактерия Arthrobacter globiformis. Посевы производили на МПА, параллельно культивировали на МПБ. При изучении морфологии клеток использовали фазово-контрастный микроскоп. Физические размеры клеток измеряли с помощью микрометрической шкалы окуляр-микрометра. С целью определения прироста биомассы клеток в культуре применили фотоэлектроколориметр. Программное средство для имитации морфогенетического цикла развития разработано на языке C++, в нем задействованы графические возможности набора библиотек Qt.
Результаты и обсуждение
Морфогенез объекта исследования представлен циклом палочка-кокк. В ходе роста можно выделить клетки четырех форм в различных соотношениях: кокки, палочковидные, разветвленные, V-образные. Основываясь на данных о динамике изменения оптической плотности культуры D, получили кривую роста. На каждом этапе морфогенеза по десяти полям зрения подсчитывали общее количество клеток N () и количество клеток отдельных форм nx (). По экспериментальным данным о размерах клеток, используя формулы объема шара (для кокков) и цилиндра (для палочек; объем клеток сложной формы представляли как сумму объемов составных частей), определили значения объемов, занимаемых клетками каждой отдельной формы Vx и их объемные доли в культуре φx (). Получив значения величины φx и подсчитав количественные доли отдельных форм клеток νx () для всех стадий культивирования, по формуле  установили значение коэффициента, связывающего объемные и количественные соотношения между ними. Для определения парциальной оптической плотности Dx клеток отдельных форм, вместе составляющих общую оптическую плотность бактериальной суспензии, воспользовались формулой . Опираясь на полученные промежуточные данные, построили графики, отражающие динамику изменения парциальной оптической плотности клеточных форм на всем протяжении цикла развития; функции, подобранные для этих графиков, послужили основой модели.
Для верификации модели установили коэффициенты достоверности функций модели (98%), затем произвели сопоставление реальных микрофотографий с теоретическими, полученными при помощи программного средства, на нескольких контрольных точках роста (рис. 1). Эксперимент показал приемлемый уровень сходства и соответствия теоретической и реальной картины роста и развития клеток.

Рисунок 1 – Теоретические (слева) и 
реальные (справа) микрофотографии

Таким образом, данная математическая модель точно и верно описывает морфогенетический цикл развития исследуемого микроорганизма, а созданное на ее основе программное средство позволяет определять морфологию бактерии (при условии постоянства температуры) на любом этапе роста без выполнения посевов и применения микроскопа.

Библиографический список
Карасева Э. В. Природное разнообразие углеводородокисляющей микробиоты нефтезагрязненных объектов как основа биоремедиации // I-й Российский Микробиологический конгресс, 2017. C. 50-51.
Тимергазина И. Ф., Переходова Л. С. К проблеме биологического окисления нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами // Нефтегазовая геология. Теория и практика, Т. 7, №1, 2012. С. 1.