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Modélisation mathématique des IBC

Modélisation mathématique des interactions bactéries-champignons sur les autoroutes fongiques

Les interactions entre bactéries et champignons jouent des rôles écologiques importants, notamment dans la dégradation des matières organiques, la dégradation des polluants et l’inhibition ou la facilitation de la croissance des plantes. Les autoroutes fongiques, la dispersion bactérienne facilitée par les champignons peut considérablement élargir l’environnement spatial où les bactéries peuvent être actives. Toutefois, contrairement aux voies inertes, les contacts physiques entre le bactéries et les hyphes fongiques sélectionnent activement les acteurs potentiels et permettent un échange direct d'éléments nutritifs et des réactions chimiques croisées entre eux. Les autoroutes fongiques crées ainsi des milieux dynamiques pour les jeux évolutifs. Malgré la diversité fascinante des interactions microbiennes associées aux autoroutes fongiques, notamment l'aide, la relation prédateur-proie, le mutualisme, l’antagonisme et l’exploitation, les modèles mathématiques qui étudient les mécanismes de telles interactions et permettent d'effectuer des prédictions testables expérimentalement font encore défaut.

 

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Comme le montre la figure ci-dessus, nous utilisons à la fois des expériences de laboratoire et une modélisation mathématique pour déterminer si les interactions biotiques entre bactéries et champignons peuvent favoriser ou entraver la dispersion des bactéries. Pour séparer les effets des interactions biotiques et des réseaux structurels fournis par les champignons sur la dispersion bactérienne, nous allons construire un modèle de simulation de la dispersion bactérienne sur des réseaux fongiques, en tenant compte de la structure du réseau seul. Le modèle de simulation sera configuré et testé avec des expériences de dispersion bactérienne sur des réseaux de fibres de verre à structures contrôlées, jusqu'à ce qu'il puisse reproduire le modèle de dispersion bactérienne sur les réseaux abiotiques. Nous utiliserons ensuite le modèle pour prédire les profils de dispersion bactérienne sur des réseaux abiotiques qui partagent les mêmes structures que les réseaux fongiques, mais sans interactions biotiques. Si les profils de dispersion bactérienne prévus concordent avec les résultats expérimentaux, nous pouvons en conclure que l’effet des champignons sur la dispersion bactérienne est principalement lié à la structure du réseau «routier», sans quoi les interactions entre champignons et bactéries pourraient jouer un rôle important. Nous nous attendons à ce que les champignons empêchent activement la dispersion bactérienne dans les environnements riches en nutriments pour réduire la compétition, mais favorisent la dispersion bactérienne dans les environnements pauvres en nutriments afin de coopérer métaboliquement avec les bactéries ou de les prédater. Nous étudierons également le rôle des ressources (par exemple, différentes sources de carbone ou d'azote partageables / exclusives) sur les interactions entre les champignons et les bactéries. Enfin, nous visons à développer des stratégies permettant de contrôler et de manipuler efficacement la dispersion des bactéries par le biais de réseaux de hyphes fongiques.