[paper] Stochastic assembly produces heterogeneous communities in the Caenorhabditis elegans intestine

Stochastic assembly produces heterogeneous communities in the Caenorhabditis elegans intestine

Nicole M. Vega and Jeff Gore, 2017, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2000633

Microbiota research와 관련한 실험 논문이다. 

어떻게 다른 사람들이 서로 다른 micro biota를 가지는지 등을 colonization을 통해 설명한 논문이 되겠다. 

색만 서로 다른 bacteria 두 종류가 있다. 이 두 종류의 박테리아는 사실 색만 다르고 똑같아서 worm에게 똑같은 영향을 미친다. 

Worm을 이 두 가지 박테리아가 있는 환경에 넣어두면 worm이 박테리아를 먹어 microbiota에 이 박테리아가 나타난다. 

두 박테리아가 같은 박테리아 이므로 neutral model에 따라 각 벌레안에 초록과 빨강 둘이 반반씩 있어야 할 것 같지만 박테리아의 농도가 충분히 높지 않은경우, 한 벌레당 거의 하나의 박테리아만이 나타난다. (그림1 참고)

그 이유를 colonization rate c를 이용하여 설명하는 데, colonization이 박테리아가 죽고 사는 logistic growth보다 느리게 일어나면 

먼저 침투한 박테리아가 그 벌레의 박테리아 carrying capacity까지 거의 차지 하기 때문에 다른 박테리아가 들어오기 힘들어지기 때문에 하나의 벌레속에 한 종류의 박테리아만 관측되는 것이다. 

하지만 박테리아의 농도가 충분히 높은 경우 colonization rate c가 커지고 따라서 초록과 빨강 두 박테리아 모두의 침투가 가능해져서 반반씩 존재하게 된다. (그림 3참조)

그 비율은 박테리아의 birth rate b와 colonization rate c에 의해서 정해진다. 

하지만 만약 아주 오랜시간이 지나면 벌레의 미생물 세계는 stochastic system인데다가 두 박테리아는 neutral하므로 결국 한 벌레 안에서도 같은 농도의 초록과 빨강의 박테리아가 나타나게 된다. 

*Bimodality: 어떤 분포가 얼마나 바이모달에 가까운지를 나타내는 지표

with m_3=skewness, m_4=excesskurtosis, and n=# of samples.

[Ref]  Pfister R, Schwarz KA, Janczyk M, Dale R, Freeman JB. Good things peak in pairs: a note on the bimodality coefficient. Front Psychol. 2013 Oct 2; 4:700. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC3791391/ doi: 10.3389/fpsyg.2013.00700 PMID: 24109465