Бактерии используют эффект лотоса для самозащиты

Бактериальные биоплёнки, такие как зубной налёт или слизь в трубах, часто крайне гидрофобны, что затрудняет их удаление. Учёные из Технического университета Мюнхена (TUM) выяснили, как такие биоплёнки адаптируют свою поверхность для отталкивания воды — подобно листьям растений.

Бактерии окружают себя оболочкой из само́производимых полимеров, образуя биоплёнку. Микроорганизмы в биоплёнках разработали стратегии, препятствующие их смыванию водой, что создаёт проблемы как в дренажных трубах, так и на медицинских имплантатах.

Группа профессора Оливера Лилега (кафедра биомеханики, Мюнхенская школа биоинженерии) исследовала физические принципы устойчивости биоплёнок. В исследовании, опубликованном в NPJ Biofilms and Microbiomes, поверхность биоплёнок была точно измерена с помощью конфокальной отражательной световой микроскопии.

Питательные вещества определяют поверхность биоплёнок

Учёные обнаружили, что почвенная бактерия Bacillus subtilis может формировать биоплёнки с разными свойствами. В одних случаях капли воды мгновенно растекаются по поверхности, в других — скатываются или удерживаются в форме сфер даже на вертикальной поверхности.

Команда показала, что микроорганизмы используют приёмы из мира растений: гидрофобное поведение листьев лотоса и лепестков роз. Поверхностная структура биоплёнок оказалась очень похожей на структуру листьев — они имеют шероховатости как микрометрового, так и нанометрового масштаба.

Однако, как и у растений, свойства различаются:

• При эффекте лотоса между каплей воды и поверхностью остаются пузырьки воздуха, что позволяет каплям скатываться.
• При эффекте лепестка розы этого не происходит, и капли прилипают.

То, ведёт ли биоплёнка себя как лист лотоса или лепесток розы, зависит от питательных веществ, доступных бактериям во время роста, так как это определяет точную структуру поверхности.

Новый подход к борьбе с биоплёнками

Бактерии в биоплёнках часто устойчивы к антибиотикам и химикатам. Исследователи предлагают новый подход: воздействовать на гидрофобные свойства биоплёнок.

«Антибактериальное вещество не подействует, если оно не может достичь поверхности биоплёнки, потому что скатывается. Нам нужно модифицировать эту водоотталкивающую текстуру поверхности», — объясняет Оливер Лилег. Это может стать новым способом удаления биоплёнок с поверхностей труб, катетеров и инфицированных ран.