Бактерии используют одну и ту же стратегию движения в разных средах

Исследователи из Чикагского университета обнаружили, что бактерии, такие как кишечная палочка (E. coli), используют один и тот же базовый алгоритм движения для навигации в совершенно разных условиях — от открытой воды до плотной среды, напоминающей почву или ткани организма.

Ранее считалось, что в открытой жидкости бактерии используют стратегию «бег-кувырок» (run-and-tumble): они плывут прямо, затем останавливаются и хаотично вращаются, чтобы сменить направление. В 2019 году в плотных гидрогелях была описана другая модель — «прыжок-ловушка» (hop-and-trap), когда бактерия застревает между препятствиями, прежде чем найти выход.

Команда под руководством доцента Джасмин Нироди создала микрофлюидный чип с лесом столбиков, имитирующим сложную среду. Наблюдая за движением бактерий, ученые увидели паттерн, который назвали «плыви-застрянь» (swim-and-stall). Несмотря на внешние различия, математическое моделирование показало, что это та же самая программа «бег-кувырок», просто в стесненных условиях бактерии чаще натыкаются на препятствия и дольше ищут выход.

«Они делают одно и то же. Они не меняют частоту кувыркания или продолжительность прямого движения. Они просто терпят неудачу», — пояснила Джасмин Нироди.

Авторы сравнивают это с ходьбой человека по грязи: движения выглядят иначе, но базовый принцип — ставить одну ногу перед другой — остается неизменным. С эволюционной точки зрения такая универсальная стратегия энергетически выгодна: бактериям не нужно «перенастраиваться» или тратить ресурсы на сенсоры для каждой новой среды, достаточно иметь одну программу, которая «достаточно хороша» для любых условий.

Исследование опубликовано в журнале PRX Life.