Бактерии формируют биоплёнки, как поселенцы строят города

Новое исследование в Nature Communications с использованием суперразрешающей микроскопии и вычислительного алгоритма показало, что рост бактериальных биоплёнок удивительно похож на урбанизацию.

Ход исследования

Учёные использовали патоген Streptococcus mutans, вызывающий кариес, и наблюдали за сотнями отдельных бактерий на материале, похожем на зубную эмаль, в течение нескольких часов.

Ключевые результаты

• Урбанизационная модель роста: Отдельные бактерии-"поселенцы" размножались, образуя "деревни". При слиянии границ эти деревни объединялись в "города", а затем в "мегаполисы".

• Рост меньшинства: Активно размножались менее 40% исходных бактерий. Остальные либо погибали, либо поглощались растущими микроколониями.

• Слияние без конкуренции: При встрече микроколонии не конкурировали, а объединялись в единую структуру.

• Роль "клея": Внеклеточные полимерные вещества (EPS) оказались критичны для плотной "упаковки" бактерий. При разрушении EPS ферментом сообщества распадались.

• Влияние соседей:

  • "Враг" (Streptococcus oralis, подавляющий рост S. mutans) резко нарушал формирование крупных "городов".
  • "Друг" (грибок Candida albicans) не влиял на скорость роста, но помогал соединять соседние микроколонии, способствуя образованию более крупных структур.

Вывод

Метафора урбанизации полезна для целостного, многомасштабного понимания динамики роста биоплёнок. Это может помочь в разработке методов контроля над полезными или вредными микробными сообществами.