Учёные выяснили, как кишечная палочка плывёт против течения, вызывая инфекции

Исследователи из Пенсильванского университета раскрыли механизм, позволяющий бактериям, таким как кишечная палочка (E. coli), активно плыть против тока жидкости, что приводит к тяжёлым инфекциям и заражению медицинского оборудования.

Художественное изображение движения бактерии через наноструктуры. Автор: Ruoshui Liu/Cylos Studio

Биофизик Арнольд Матиссен отмечает, что бактерии — невероятно быстрые и адаптивные пловцы. Вместо того чтобы просто плыть по течению, патогены могут активно двигаться против потока, что способствует развитию инфекций дыхательных путей, ЖКТ, мочевыводящих путей (ИМП) и загрязнению катетеров.

Команда создала наноразмерные многоканальные трубки, имитирующие внутреннюю среду организма, чтобы изучить этот процесс. Результаты опубликованы в журнале Newton.

«Довольно контринтуитивно, но мы обнаружили, что более широкие каналы с быстрым встречным потоком на самом деле более подвержены вторжению», — говорит ведущий автор исследования Ран Тао.

Ключевым открытием стало то, что острые углы в конструкции каналов эффективно сдерживают распространение бактерий, в то время как плавные изгибы (напоминающие формы человеческого тела) способствуют их быстрому заполнению.

Самым неожиданным оказалось влияние самого потока жидкости. Вопреки ожиданиям, сильный поток не смывает бактерии, а действует как направляющая рельса, помогая им быстрее достигать верхних участков. Первые клетки появляются «вверх по течению» уже через минуты, после чего формируют биоплёнки, которые поток разносит вниз, ускоряя колонизацию в три раза.

«Поток по умолчанию не защищает организм, и при определённых условиях он может усугубить проблему», — поясняет Ран Тао.

Это открытие имеет серьёзные клинические последствия. Например, наличие бактерий в нижних отделах мочевыводящих путей может сигнализировать о более масштабной проблеме в почках ещё до появления симптомов.

Полученные знания могут быть использованы не только для создания более безопасных медицинских устройств (например, катетеров с острыми изгибами), но и для разработки микророботов, способных, подобно бактериям, двигаться против течения для точной доставки лекарств.

Больше информации: Ran Tao et al, Invasion of bacteria swimming upstream into microstructured devices, Newton (2026). DOI: 10.1016/j.newton.2025.100337