Учёные разработали новый метод наблюдения за плаванием бактерий
Исследователи создали новый подход для изучения бактериального плавания, который позволяет удерживать бактерии Escherichia coli и изменять их среду, не препятствуя их движению.
Метод, описанный в Nature Methods, использует оптические ловушки, микрофлюидные камеры и флуоресценцию для получения улучшенной картины передвижения E. coli.
Как работает метод:
- Микрофлюидные камеры создают контролируемую среду для плавания и позволяют вводить специфические стимулы (например, химические аттрактанты).
- Оптические ловушки (лазерные) удерживают отдельные клетки, не мешая вращению клетки или движению её жгутиков. Профессор Ян Чемла называет их «бактериальными беговыми дорожками». Движение бактерии изменяет лазерный свет, что позволяет отслеживать её поведение.
- Флуоресцентные маркеры улучшают визуализацию бактерий и их жгутиков под микроскопом.
Почему это важно:
- Механика плавания бактерий многое говорит о биомеханике.
- Она служит парадигмой того, как живые клетки обрабатывают информацию из окружающей среды.
Преимущества нового метода:
Ранее было невозможно отслеживать отдельные клетки, движущиеся в трёх измерениях, дольше ~30 секунд, и почти нельзя было определить, какие сигналы заставляют клетку двигаться в заданном направлении. Новый метод решает обе проблемы:
- Позволяет отслеживать одну бактерию до часа — «на порядки больше, чем могли раньше».
- Поскольку клетка обездвижена, исследователи могут менять среду вокруг неё (например, создавать поток с разной концентрацией химиката), наблюдая за реакцией. Технически «мы двигаем бассейн относительно пловца».
Первые наблюдения:
- У большинства E. coli есть «ярко выраженное предпочтение» направления движения (фактически, «перед» и «зад»), хотя они могут плыть в любую сторону.
- После большинства «кувырков» бактерия продолжала плыть в том же общем направлении, но примерно каждый шестой «кувырок» заставлял её полностью изменить направление.
- Удалось количественно оценить другие параметры: изменения скорости и время, затрачиваемое на движение и «кувырки».
Новая методика откроет возможность ответить на многие фундаментальные вопросы об этом модельном организме.