Бактерии меняют поведение, чтобы преодолеть миниатюрную полосу препятствий
Исследователи, используя микроскопическую полосу препятствий, обнаружили, как E. coli меняет свое поведение, чтобы быстро обходить преграды на пути к пище. Эта работа важна для биологии, медицины и даже тактики поисково-спасательных роботов.
Ученые из Университета Карнеги-Меллон, Питтсбургского университета и Института биологических исследований Солка сообщают в Proceedings of the National Academy of Sciences, что классическое поведение «плавание и кувырок» (swim and tumble), с помощью которого бактерии движутся к еде, меняется при встрече с препятствиями.
«В реальном мире они всегда сталкиваются с множеством препятствий», — отметил Зив Бар-Йосеф. Однако предыдущие исследования хемотаксиса обычно проводились в свободных камерах.
Существующие модели предсказывали, что препятствия замедлят движение бактерий. Ученые создали микрофлюидные камеры высотой 10 микрометров с равномерно распределенными квадратными и круглыми препятствиями. К их удивлению, E. coli находила источник пищи почти так же быстро, как и без препятствий.
«Препятствия не влияли на время, необходимое для достижения пищи, как предсказывали предыдущие модели», — сказала ведущий автор исследования Сабрина Рашид.
При детальном изучении выяснилось, что бактерии изменили поведение. Обычно они плывут, затем совершают круговой «кувырок» (tumbling) для переориентации. Кувырок замедляет движение к цели, но позволяет скорректировать курс.
Эксперименты с отслеживанием отдельных клеток подтвердили, что при столкновении с препятствием бактерии начинают меньше кувыркаться и больше плыть, пока не минуют его. Это и объясняет высокую скорость.
Новые данные могут иметь значение для понимания распространения злокачественных клеток в организме или лечения инфекций.
На основе этих результатов исследователи разработали новую модель хемотаксиса. Ее применение к симуляциям роев роботов, ищущих пострадавших при ЧС, показало, что такой подход может сократить время поиска.
«Любое понимание, которое мы можем получить от биологии для улучшения вычислений, важно для нас», — добавил Бар-Йосеф.