Bifurcación hacia atrás en interacción neutrófilo-patógeno

Bifurcación hacia atrás en interacción neutrófilo-patógeno

Las infecciones bacterianas provocan respuestas inmunitarias, incluyendo neutrófilos, cuyo reclutamiento es estimulado por la presencia de la bacteria pero que muere después de eliminar esas bacterias. Esta doble interacción entre las concentraciones de bacterias y neutrófilos, más complicada que la...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores principales: Kribs, Christopher M., Olawoyin, Omomayowa
Formato: Online
Idioma:eng
Publicado: Universidad de Costa Rica, Centro de Investigación en Matemática Pura y Aplicada (CIMPA) 2019
Acceso en línea:https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/matematica/article/view/39965
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spelling RMTA399652022-02-02T16:25:29Z Backward bifurcation in neutrophil-pathogen interaction Bifurcación hacia atrás en interacción neutrófilo-patógeno Kribs, Christopher M. Olawoyin, Omomayowa bistability resource limitations phagocytosis hysteresis biestabilidad recursos limitados fagocitosis histéresis Bacterial infections elicit immune responses including neutrophils, whose recruitment is stimulated by the bacteria’s presence but which die after eliminating those bacteria. This dual interaction between bacteria and neutrophil concentrations, more complicated than the simple predator-prey relationship that describes macrophage-bacteria interactions, creates an environment in which neutrophils may only be able to clear sufficiently small infections. This study describes this relationship using a simple nonlinear dynamical system which exhibits bistability behavior known as a backward bifurcation. Bacterial growth is assumed limited by a key nutrient. In contrast to a previous study which held neutrophil and nutrient levels constant and required saturation terms to produce bistability, our model shows that simple bilinear terms support bistability when nutrient and neutrophil densities are allowed to vary in response to bacterial density. An example application involving Borrelia burgdorferi, which feeds on manganese, illustrates why neutrophils’ rapid response is key to their ability to contain bacterial infections. Las infecciones bacterianas provocan respuestas inmunitarias, incluyendo neutrófilos, cuyo reclutamiento es estimulado por la presencia de la bacteria pero que muere después de eliminar esas bacterias. Esta doble interacción entre las concentraciones de bacterias y neutrófilos, más complicada que la simple relación depredador-presa que describe las interacciones entre bacterias y macrófagos, crea un ambiente en el que los neutrófilos tal vez sólo puedan despejar infecciones suficientemente pequeñas. Este estudio describe esta relación utilizando un sistema dinámico no lineal sencillo que exhibe un comportamiento de biestabilidad conocido como una bifurcación hacia atrás. El crecimiento bacteriano se supone limitado por un nutriente clave. En contraste con un estudio anterior que mantuvo los niveles de neutrófilos y nutrientes constantes y requería términos de saturación para producir la biestabilidad, nuestro modelo muestra que los términos bilineales sencillos fomentan la biestabilidad cuando las densidades de nutrientes y neutrófilos pueden variar en respuesta a la densidad bacteriana. Un ejemplo aplicado a la bacteria Borrelia burgdorferi, que se alimenta de manganeso, ilustra por qué la respuesta rápida de los neutrófilos es clave para su capacidad de contener las infecciones bacterianas. Universidad de Costa Rica, Centro de Investigación en Matemática Pura y Aplicada (CIMPA) 2019-12-17 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion Article application/pdf application/postscript application/x-dvi https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/matematica/article/view/39965 10.15517/rmta.v27i1.39965 Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones; Vol. 27 No. 1 (2020): Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones; 141-156 Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones; Vol. 27 Núm. 1 (2020): Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones; 141-156 Revista de Matemática; Vol. 27 N.º 1 (2020): Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones; 141-156 2215-3373 1409-2433 eng https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/matematica/article/view/39965/40523 https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/matematica/article/view/39965/41839 https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/matematica/article/view/39965/41840 Derechos de autor 2020 Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones
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