Биопленки Bacillus subtilis обладают рекордной способностью отталкивать жидкости

Инженеры из Гарвардского университета обнаружили, что колонии биопленок Bacillus subtilis демонстрируют беспрецедентную способность отталкивать широкий спектр жидкостей и даже паров.

Такие слизистые бактериальные покрытия, толщиной в сотни микрон, прилипают к поверхностям — от труб до зубов — и печально известны своей устойчивостью к антимикробным агентам. Исследователи полагают, что нашли секрет этой устойчивости.

Исследование, опубликованное 5 января в раннем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), открывает перспективы как для создания биоинспирированных несмачиваемых материалов, так и для разработки лучших способов уничтожения вредных биопленок.

«Рассматривая биопленки с точки зрения материаловедения, а не клеточной или биохимической, мы обнаружили, что они обладают замечательной способностью сопротивляться смачиванию в степени, никогда ранее не виданной в природе», — говорит ведущий автор Алекс Эпштейн.

Открытие произошло случайно. Чтобы визуализировать внутреннюю структуру биопленки, команда попыталась пропитать её этанолом и ацетоном.

«Но, к нашему удивлению, это было невозможно. Жидкости продолжали скатываться с поверхности и не проникали в колонии», — отмечает Эпштейн.

Оказалось, что биопленка обладает беспрецедентной жидкоотталкивающей поверхностью, что может быть ключевой причиной её широкой антимикробной устойчивости.

В отличие от искусственно созданных супергидрофобных поверхностей, биопленка формирует свою структуру «снизу вверх», используя простые и натуральные компоненты — устойчивую сеть из белков и полисахаридов, собранных в иерархическую структуру.

Это открытие предлагает новую перспективу: даже самый сложный биохимический агент будет неэффективен, если он не сможет проникнуть в слизь и достичь бактерий. Антимикробная активность спиртов и других растворителей сводится на нет сильным несмачивающим поведением при клинически значимых концентрациях.

«Их печально известная устойчивость к широкому спектру биоцидных химикатов оставалась загадочной и насущной проблемой, несмотря на два десятилетия исследований биопленок», — говорит профессор Джоанна Айзенберг. — «Мы нашли объяснение, которое было прямо перед глазами: антимикробные средства могут быть неэффективны просто потому, что являются несмачивающей жидкостью».

Учёные предполагают, что такая сильная жидкоотталкивающая способность могла развиться как адаптация к почвенной среде, где вода может вымывать тяжёлые металлы и другие токсины.

В дальнейшем команда планирует изучить, как именно биохимические компоненты биопленок обеспечивают их исключительную устойчивость, и протестировать свойства других бактериальных видов.