Promotie: Growing Bacterial Populations: Fluctuations, Oscillations, and Selection Bias

LET OP: Als een kandidaat een lekenpraatje houdt, start de livestream een kwartier eerder.

Bacteriële cellen planten zich voort door te groeien en zich vervolgens te delen in twee dochtercellen met identieke genen. In dit proefschrift modelleren we hoe een groeiende populatie van zulke bacteriën zich gedraagt. Hoewel alle cellen in deze populaties genetisch identiek zijn, bestaan er kleine maar belangrijke willekeurige fluctuaties in hun fenotypes, zoals groeisnelheden en het moment van celdeling. We combineren biologisch realistische aannames over celdeling en fluctuaties in groei in één model dat voortbouwt op bestaande modellen. Met dit model koppelen we de statistische eigenschappen van groeiende populaties aan de eigenschappen van individuele cellen.

Ons model leidt tot nieuwe inzichten in verschillende meetbare eigenschappen van de populatie waar al lange tijd interesse in bestaat: de groeisnelheid op lange termijn, oscillaties in deze groeisnelheid en de verdelingen van fenotype en celgrootte in de populatie. We vinden dat de verschillende soorten fluctuaties in fenotypes, namelijk in groei en deling, verschillende effecten hebben op populatie-eigenschappen. Het meest opvallend is dat de groeisnelheid van de populatie onafhankelijk is van de celdeling, en dat de verdeling van celgrootte onafhankelijk is van de groeisnelheid van individuele cellen.

We doen ook een aantal voorspellingen over de oscillaties in de groeisnelheid. In tegenstelling tot eerdere studies, onderzoeken we hoe deze oscillaties eruitzien in de groeisnelheid van een populatie in één enkel experiment, in plaats van in een theoretisch gemiddelde over meerdere herhalingen. De grootte van deze oscillaties wordt nu zelf willekeurig, omdat die afhangt van fluctuaties in de vroege populatie. We ontdekken een overgangspunt: als de groeisnelheden van individuele cellen te sterk fluctueren, dan zijn de oscillaties niet meer te onderscheiden van de achtergrondfluctuaties. Tot slot laten we zien hoe fluctuaties in groei en deling de verdelingen van fenotypemetingen in een populatie beïnvloeden, zoals cel-fluorescentie.