Отслеживая движение кишечной палочки, группа французских исследователей заметила, что вблизи твердых поверхностей бактерии бегают по кругу. Петля за петлей, трассировка выглядит почти как олимпийский каток, прежде чем Замбони разглаживает ледяной покров. Шаг за шагом разбирая рутину E. coli, ученые определили характерное движение - кувыркание поверхности. Работа появится 5 мая в Biophysical Journal.
Бактерии могут жить как отдельные особи, свободно плавая в окружающей среде, но в конечном итоге они оседают на поверхностях, образуя колонии и биопленки. Для этого бактерии случайным образом кувыркаются, чтобы замедлиться и переориентироваться в трех измерениях, чтобы исследовать и найти идеальную среду.
"Тамблы очень интересны. Бактерии сами не знают, где окружающая среда предпочтительна для них", - говорит первый автор Лоуренс Лемель, биофизик из École Normale Supérieure de Lyon (Нормальная школа Лиона). «Он не знает, куда идти, как чувствовать вещи. Но он знает, было ли прошлое окружение лучше или хуже, чем настоящее». Бактерии используют собранную информацию, чтобы перестать кувыркаться или снизить частоту акробатики. «Это означает, что вы больше плывете в направлении. В конце концов, население статистически плывет к предпочтительным условиям», - говорит она.
Некоторые исследования утверждают, что бактерии не кувыркаются, а плавают только тогда, когда находятся близко к поверхности. Но Лемель и ее коллеги говорят, что это заявление звучит маловероятно. Физики предсказывают, что бактерии попали бы в ловушку, бегая по поверхности бесконечными кругами, если бы они только плавали.
Однако выследить этих крошечных существ непросто. Двигаясь вперед с помощью своих нескольких хвостов, известных как жгутики, бактерии проплывают в 20 раз длиннее своего тела за одну секунду, а кувыркаются еще быстрее, за одну десятую секунды. На самом деле, вы, скорее всего, пропустите падение, даже если ваша камера имеет достаточно высокое разрешение, чтобы снимать бактерии. Чтобы внимательно изучить, как бактерии убегают с поверхности, команда построила высокочувствительную высокоскоростную камеру с большим увеличением, оснащенную ночным видением.
Запись показала, что, когда бактерии плавают вблизи поверхности, трение воды о тело вблизи поверхности вызывает искривление траектории. Чтобы не попасть в ловушку, бегая кругами по поверхности, бактерии кувыркаются. Он замедляется, и один из жгутиков дергается не на своем месте, переориентируясь туда, куда направлялся. В некоторых случаях, например, когда пловцы отталкиваются от стенки бассейна, трясущиеся жгутики ударяются о поверхность, что приводит к более резкому повороту. Затем дикий жгутик возвращается в пучок, разгоняет бактерии и снова начинает плавать.
«Теперь мы знаем, что бактерии могут падать на поверхности, и эти падения очень специфичны», - сказал Лемель. «Выяснение стратегии исследования поверхности, подчеркнутой этими падениями, является важным шагом в будущем».
Для бактерий акробатика позволяет им сбежать с поверхности, позволяя им колонизировать другие места и оптимизировать исследование самой поверхности. Бактерии могут плавать на клеточных поверхностях, пока не вступят в контакт со специфическим рецептором, чтобы оптимизировать заражение. Они также могут плавать и оседать на трудно поддающихся очистке поверхностях, образуя бактериальные биопленки, которые могут быть устойчивы к антибиотикам.
«До пандемии, пандемии COVID, было трудно убедить людей в том, что нам нужно предвидеть и разработать альтернативные подходы к снижению биозагрязнения поверхности», - сказал Лемель. «Люди говорили: «У нас много антибиотиков. Есть резистентность, но у нас есть время».«С медицинской точки зрения, понимание того, как бактерии кувыркаются у поверхности, может помочь ограничить биологическое загрязнение поверхностей и разработать антибактериальные методы».