Growth rates and biomass yields are key descriptors used in microbiology studies to understand how microbial species respond to changes in the environment. Of these, biomass yield estimates are typically obtained using cell counts and measurements of the feed substrate. These quantities are perturbed with measurement noise however. Perhaps most crucially, estimating biomass from cell counts, as needed to assess yields, relies on an assumed cell weight. Noise and discrepancies on these assumptions can lead to significant changes in conclusions regarding the microbes' response. This article proposes a methodology to address these challenges using probabilistic macrochemical models of microbial growth. It is shown that a model can be developed to fully use the experimental data, relax assumptions and greatly improve robustness to a priori estimates of the cell weight, and provides uncertainty estimates of key parameters. This methodology is demonstrated in the context of a specific case study and the estimation characteristics are validated in several scenarios using synthetically generated microbial growth data.


翻译:在微生物学研究中,生长率和生物量产量是用来了解微生物物种如何对环境变化作出反应的关键描述物,其中生物量产量估计数通常是利用细胞计数和饲料基质测量方法得出的,这些数量却与测量噪音相扰。也许最重要的是,根据细胞计数估计生物量(评估产量所需的量),取决于假设的细胞重量。关于这些假设的噪音和差异可能导致关于微生物反应的结论发生重大变化。本条款提出一种方法,利用微生物生长的概率性宏观化学模型来应对这些挑战。它表明,可以开发一个模型,充分利用实验数据,放松假设,大大提高细胞重量事先估计的可靠性,并提供关键参数的不确定性估计。这种方法在具体案例研究中得到证明,在几种假设中利用合成产生的微生物生长数据验证了估算特征。

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