自然界中的抽象微生物群落正在动态发展,因为成员物种会改变其相互作用。考虑了种间相互作用中这种与上下文相关的动态变化,对于预测性生态建模至关重要。在没有可推广的理论基础的情况下,我们对微生物相互作用如何由环境因素驱动,这显着限制了我们预测和设计社区动态和功能的能力。为了解决这个问题,我们提出了一个新颖的理论框架,使我们能够通过结合生长动力学和广义的Lotka-volterra模型来表示种间相互作用作为环境变量(例如底物浓度)的明确函数。这两个互补模型的协同整合导致了种间相互作用的改变,这是微生物物种在混合关系中的阳性和负面影响之间动态平衡的结果。使用两个大肠杆菌突变体的合成联盟在智力上证明了我们的方法,这些联盟是代谢依赖的(由于无法合成必需氨基酸的合成),但在共享底物上竞争性生长。使用我们的模型对大肠杆菌二进制联盟进行了分析,不仅显示了两个氨基酸增强性突变体之间的相互作用如何受到限制底物的动态变化的控制,还可以量化以前不可示的微生物相互作用的复杂方面,例如相互作用中的不对称。我们的方法可以扩展到其他生态系统,以模拟其与生长动力学的种间相互作用。
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