Бактерии, поедающие нефть, сотрудничают для максимальной эффективности

Нефтяные разливы наносят катастрофический ущерб окружающей среде, приводя к долговременному загрязнению. Однако некоторые нефтеразлагающие бактерии процветают в таких условиях и вносят значительный вклад в биоремедиацию. Хотя биоплёнки (сообщества бактерий) играют ключевую роль в этом процессе, оставалось неясным, как именно они взаимодействуют с нефтью в океане.

В исследовании, опубликованном в Science, учёные прояснили связь между формированием биоплёнки и разложением нефти, используя передовую микрофлюидную систему наблюдения. В сочетании с конфокальными микроскопами высокого разрешения эта система позволила визуализировать взаимодействие бактериальных клеток с микроскопическими каплями нефти размером около половины диаметра человеческого волоса.

Результаты показали, что:

• Нефтеразлагающая бактерия Alcanivorax borkumensis («пожиратель алканов») формирует биоплёнки, которые окружают и прочно прикрепляются к границе раздела нефть-вода.
• Сообщество клеток растягивает капли нефти, формируя многочисленные трубки. Это создаёт пространство для большего числа клеток, которые могут одновременно и эффективно потреблять нефть.

Учёные исследовали механизм растяжения, сосредоточившись на динамике образования трубок. По мере деления клеток на границе раздела плотно упакованные клетки-палочки в определённых областях образуют конфигурацию, напоминающую расположение лепестков дикой хризантемы.

Эта конфигурация, известная в физике жидких кристаллов как топологический дефект, начинает выпирать наружу из капли, деформируя границу раздела и развиваясь в трубку. Исследователям также удалось предсказать как динамику формирования биоплёнки, так и её качественную форму с помощью теоретической физической модели.

Кроме того, команда продемонстрировала, что высокие концентрации диспергентов, используемых при ликвидации разливов, могут негативно влиять на биоплёнки A. borkumensis. Однако для выяснения реальных эффектов в окружающей среде необходимы дальнейшие исследования.

Эта работа даёт представление о способах использования бактериальных сообществ для улучшения экологической ремедиации нефтяных разливов в океане. Понимание формирования биоплёнок и бактериального сотрудничества может помочь задействовать эффективные природные методы для повышения результативности современных процессов очистки.