Бактерии в каплях воды образуют сложные узоры в зависимости от уровня кислорода
Ученые из Калифорнийского технологического института и Принстонского университета обнаружили, что бактерии, ограниченные каплей жидкости, способны самоорганизовываться в сложные, но предсказуемые паттерны в зависимости от уровня кислорода.
«Представьте каплю жидкости с бактериями, равномерно плавающими внутри, как маленькую танцплощадку», — говорит Суджит Датта, профессор химической инженерии, биоинженерии и биофизики в Caltech.
Клетки у периметра капли потребляют кислород первыми. Если снижение уровня кислорода достаточно велико, бактерии в центре капли «засыпают», становясь метаболически неактивными. В результате образуется плотное ядро из спящих клеток, окруженное периметром активных «танцующих» бактерий.
Используя конфокальный флуоресцентный микроскоп, ученые наблюдали эти процессы с высоким разрешением. При достаточно больших каплях и высокой концентрации бактерий эти сложные структуры можно увидеть невооруженным глазом.
Исследователи разработали математическую модель, которая позволяет предсказать, когда и как бактерии сформируют такие узоры. «Активные клетки движутся к областям с большим количеством кислорода у края капли. При этом они могут изменять скорость поступления кислорода, что в некоторых случаях приводит к пробуждению спящих клеток», — объясняет Датта.
Это открытие имеет важное практическое значение. Например, в слизистой оболочке легких присутствуют как аэробные, так и анаэробные бактерии. Метаболически неактивные анаэробные бактерии особенно опасны, поскольку могут эффективно уклоняться от действия антимикробных агентов.
«Можем ли мы разработать количественные рекомендации по повышению эффективности антимикробного лечения, которое часто не справляется с такими бактериями? Мы лишь прикоснулись к верхушке айсберга, но это один из контекстов, где наша работа может быть полезна», — говорит профессор.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
0 комментариев