Физики раскрыли, как подвижность бактерий влияет на их распределение в жидкостях

Подвижные бактерии B. subtilis в системе ATPS распределяются между двумя фазами, в отличие от неподвижных, которые остаются только в DEX-фазе. (a) Вид сверху и (b) сбоку экспериментальной установки. (c) Неподвижные бактерии концентрируются в DEX-фазе (жёлтая область), тогда как (d) подвижные распределяются по обеим фазам. Масштабная линейка — 20 мкм. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/6gm5-cnv1

Международная команда физиков и микробиологов из UNIST и Стэнфордского университета впервые раскрыла фундаментальные законы, управляющие распределением самоходных частиц, таких как бактерии.

Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, показывает, что распределение живых бактерий определяется балансом между их подвижностью и сродством к определённым жидким средам. Наблюдения подтверждают принцип «подобное притягивает подобное» — подвижные бактерии стремятся объединяться с другими бактериями, демонстрирующими схожее поведение.

Хотя силы, притягивающие бактерии к определённым жидкостям, стремятся удержать их в ограниченной области, способность бактерий к самостоятельному движению позволяет им преодолевать эти ограничения и распределяться шире.

С помощью оптических пинцетов учёные измерили силы, которые бактерии прилагают для выбора предпочтительной жидкой фазы. Эта сила притяжения составила около 1 пиконьютона (пН) — примерно в 10 миллионов раз слабее силы, действующей на человеческий волос под действием гравитации.

При этом сила самодвижения бактерий оказалась около 10 пН — достаточно, чтобы преодолеть слабые силы притяжения и перемещаться между фазами.

В экспериментах использовали бактерию Bacillus subtilis (сенную палочку), которую вводили в двухфазную систему декстран/ПЭГ, естественно разделяющуюся на богатые декстраном и ПЭГ фазы.

Неподвижные бактерии оставались в предпочитаемой фазе, тогда как подвижные равномерно распределялись по обеим — это явление нельзя объяснить только тепловыми флуктуациями.

Профессор Джунву Чжон пояснил: «Это исследование не только помогает понять, как бактерии занимают свои ниши в организме, но и имеет потенциал для применения в очистке белков, разработке биосенсоров и создании микророботов».

Дополнительная информация: Jiyong Cheon et al, Motility Modulates the Partitioning of Bacteria in Aqueous Two-Phase Systems, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/6gm5-cnv1