Бактерии и слизь: как сопли помогают инфекции
Новое исследование Пенсильванского университета показывает, что увеличение слизи при простуде и гриппе — это именно то, что используют бактерии для скоординированной атаки на иммунную систему. Учёные выяснили, что чем гуще слизь, тем лучше бактерии способны к коллективному движению (свормингу). Результаты могут повлиять на разработку методов лечения, снижающих способность бактерий к распространению.
Исследование, опубликованное в PNAS Nexus, демонстрирует, как бактерии используют слизь для улучшения самоорганизации и, возможно, усиления инфекции. Эксперименты с использованием синтетической слизи желудка свиньи, натуральной слизи шейки матки коровы и водорастворимого полимера поливидона показали, что бактерии лучше координируют движение в густой слизи, чем в водянистых субстанциях.
Результаты дают представление о том, как бактерии колонизируют слизь и слизистые поверхности. Они также показывают, как слизь усиливает коллективное движение бактерий (сворминг), что может повысить устойчивость бактериальных колоний к антибиотикам.
«Насколько нам известно, наше исследование — первая демонстрация коллективного плавания бактерий в слизи. Мы показали, что слизь, в отличие от жидкостей сходной консистенции, усиливает коллективное поведение», — заявил Игорь Аронсон, ведущий автор работы.
Слизь необходима для многих биологических функций, но она также является средой для бактериальных инфекций, включая заболевания, передающиеся половым путём, и желудочные болезни. Понимание того, как бактерии роятся в слизи, может проложить путь к новым стратегиям борьбы с инфекциями и растущей проблемой антибиотикорезистентности.
«Наши результаты показывают, как консистенция слизи влияет на случайное движение отдельных бактерий и их переход к скоординированному коллективному движению больших групп», — пояснил Аронсон.
Слизь — сложный для изучения материал, поскольку проявляет свойства как жидкости (вязкость), так и твёрдого тела (эластичность), являясь вязкоупругой жидкостью.
Методы и результаты
Чтобы понять, как слизь инфицируется, команда использовала микроскопические методы визуализации для наблюдения за коллективным движением бактерий Bacillus subtilis в:
- Синтетической слизи желудка свиньи
- Натуральной слизи шейки матки коровы
Эти результаты сравнили с движением бактерий в поливидоне различной концентрации, а также с вычислительной моделью коллективного движения бактерий в вязкоупругих жидкостях, подобных слизи.
Ключевой вывод: консистенция слизи глубоко влияет на коллективное поведение бактерий. Чем гуще слизь, тем вероятнее, что бактерии будут проявлять коллективное движение, формируя скоординированный рой.
«Мы смогли показать, как вязкоупругость слизи усиливает организацию бактерий, что, в свою очередь, приводит к образованию когерентно движущихся групп, вызывающих инфекцию. Уровни эластичности и вязкости в слизи являются основным драйвером самоорганизации бактериальных сообществ», — отметил Аронсон.
Учёные ожидают, что человеческая слизь обладает схожими физическими свойствами, а значит, их выводы актуальны и для здоровья человека. Усиление коллективного движения бактерий в слизи может ускорить преодоление ими защитного барьера и заражение внутренних тканей.