Бактерии в узких каналах образуют чёткие полосовые структуры
Популяции видов распределяются не случайно, а организуются вокруг барьеров в ландшафте. Хотя эта динамика хорошо изучена для крупных видов, для микроскопических систем, таких как бактерии, она исследована недостаточно.
Учёные из Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) с помощью теоретических моделей и экспериментов показали, что бактерии Escherichia coli (E. coli), ограниченные каналом, формируют параллельные барьерам полосы (lanes) из генетически схожих особей. Исследование опубликовано в PNAS.
Методология: моделирование и микрофлюидный эксперимент
- Моделирование: Исследователи из Biological Complexity Unit сначала разработали модель динамики колонии, симулировав рост популяции на протяжении нескольких поколений.
- Эксперимент: Micro/Bio/Nanofluidics Unit создала сложную микрофлюидную платформу с контролем температуры и влажности, содержащую микроканалы для бактерий. Для долгосрочного наблюдения за ростом использовались два штамма E. coli с разной флуоресценцией (красный и зелёный), идентичные по размеру, длительности цикла размножения и другим параметрам приспособленности. Рост записывали на видео в течение 80 часов.
Результаты: формирование полос
Как симуляции, так и эксперименты подтвердили, что уже в первые 12 часов (несколько поколений) два штамма бактерий начали формировать характерные полосовые паттерны.
- Продолговатые клетки E. coli выстраивались параллельно стенкам микроканала.
- Со временем штаммы не смешивались, а, наоборот, всё больше сегрегировались в собственные чёткие полосы.
Значение исследования
- Фундаментальное открытие: Работа выявила неожиданный паттерн самоорганизации в широко используемой модельной системе E. coli.
- Широкие импликации: Похожие структуры встречаются в других биологических системах, например, у бактерий в пористой почве или клеток в определённых тканях тела. Таким образом, результаты могут иметь значение для целого спектра исследований в микробиологии и биологии развития.