Study of Bacterial Growth Population Dynamics in Laboratory Using Interval Differential Equations

Authors

DOI:

https://doi.org/10.21167/cqdv26e26003

Keywords:

Interval Differential Equations, Malthus Model, Verhulst Model, Escherichia coli, Euler Method, Runge-Kutta Method

Abstract

This work focused on studying the population dynamics of Escherichia coli growth in a laboratory setting using Interval Differential Equations (IDEs). Specifically, the Malthus and Verhulst models were considered to describe population growth dynamics, using parameters collected from laboratory experiments. These parameters, as reported in the article, have an interval-valued characteristic. Supported by analytical and numerical methods—Euler and fourth-order Runge-Kutta, modified for the interval theory context—interval numerical solutions were produced to study these models. The work demonstrated that IDEs, particularly the Verhulst model, faithfully represent biological data due to the intrinsic uncertainties of the system.

Author Biographies

Vitor Eduardo Girotto Barelli, ILUM-CNPEM/Estudante

Estudante multidisciplinar (Biologia, Física, Química, Matemática e Ciência da Computação) com formação acadêmica em andamento em Bacharel em Ciência e Tecnologia pela Ilum Escola de Ciências(2022-Atual), e teve sua graduação interrompida em Ciências Biológicas na Universidade do Estado de Mato Grosso(2021-2022). Vitor já atuou como voluntário em projetos de produção de mudas e reflorestamento na Empresa Matogrossense de Pesquisa Assistência e Extensão Rural - EMPAER-MT(2021), foi estagiário voluntário no Laboratório de Macromoléculas Biológicas - LMB do Laboratório Nacional de Biociências - LNBio, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais -CNPEM(2023), foi bolsista do programa PAPL EVC - FAPESP na Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ no Laboratório de Microbiologia(2024) e é voluntario do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade - ICMBio na Mata de Santa Genebra - MSG(2024-Atual).

Vinícius Francisco Wasques, Ilum-CNPEM/Pesquisador

Bacharel em Matemática pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Mestre em Matemática pela mesma universidade. Doutor em Matemática Aplicada na Universidade Estadual de Campinas. Atua nas áreas de Teoria de Conjuntos Fuzzy e Biomatemática, com ênfase em interatividade fuzzy aplicada em modelos epidemiológicos.

Juliana Helena Costa Smetana, Ilum-CNPEM/Pesquisador

Possui graduação em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Campinas (2004), doutorado em Genética e Biologia Molecular pela Universidade Estadual de Campinas (2009) e pós-doutorado na Universidade da Califórina em San Diego (2012). Atualmente é professora pesquisadora na Ilum Escola de Ciência, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais. Tem experiência nas áreas de Genética e Bioquímica, com ênfase em Biologia Molecular e Estrutural e Sinalização Celular.

Ana Luiza Poletto Loss, Ilum-CNPEM/Estudante

Possui curso-técnico-profissionalizante em Técnico em Edificações pelo Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Rondônia (2015). Atualmente é graduanda em Bacharel em Ciência e Tecnologia na Ilum - Escola de Ciência, CNPEM.

Gabriel Viégas Ribeiro, Ilum-CNPEM/Estudante

Graduando no Bacharelado em Ciência e Tecnologia pela Ilum Escola de Ciência, instituição vinculada ao Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). É Técnico em Eletrônica Industrial pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus Recife (IFPE - Campus Recife). Fez atividade prática de férias no Laboratório Rosalind Franklin na Ilum Escola de Ciência, no projeto "Estudo de sistemas biológicos a partir de equações diferenciais".

Published

2025-07-16

How to Cite

BARELLI, V. E. G.; WASQUES, V. F.; SMETANA, J. H. C.; LOSS, A. L. P.; RIBEIRO, G. V. Study of Bacterial Growth Population Dynamics in Laboratory Using Interval Differential Equations. C.Q.D. - Revista Eletrônica Paulista de Matemática, Bauru, v. 26, p. e26003, 2025. DOI: 10.21167/cqdv26e26003. Disponível em: https://sistemas.fc.unesp.br/ojs/index.php/revistacqd/article/view/487. Acesso em: 18 jul. 2025.

Issue

Section

Artigos de Pesquisa