Какова устойчивость биоплёнок?

Биоплёнки перспективны для выработки электричества и очистки грунтовых вод от загрязнений, но также угрожают многим промышленным процессам и здоровью человека. Неясно, насколько хорошо эти живые системы будут функционировать при изменении среды их обитания. Ранее было доказано, что определённые биоплёнки более устойчивы к изменениям окружающей среды, но механизм их выживания оставался неясным. Чтобы разобраться в этом, исследователи изучили молекулярные процессы в модельных биоплёнках, подвергнутых воздействию токсичного химического вещества — шестивалентного хрома. Их работа помогает понять реакцию биоплёнок на стресс.

Микроскопические бактерии создают матрицу из клеток и внеклеточных полимерных веществ, которые прикрепляются к поверхностям и образуют биоплёнки. Биоплёнки растут повсюду — от поверхности скал глубоко под землёй до стенок медицинских устройств в больницах. Хотя биоплёнки могут засорять оборудование (например, турбины плотин) и делать некоторые болезни устойчивыми к лекарствам, эти живые системы также можно использовать во благо. Ключом к управлению биоплёнками станет понимание того, как они функционируют при изменении среды. Обладая этим пониманием, учёные смогут стимулировать рост полезных биоплёнок и останавливать рост вредных.

Команда экспертов из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Сингапурского центра экологической инженерии наук о жизни, Университета медицинских наук Западного побережья и EMSL (Лаборатории экологической молекулярной науки) решила раскрыть внутренние механизмы работы биоплёнок, особенно в условиях стресса. Как показано в статье на обложке журнала Analyst "Molecular evidence of a toxic effect on a biofilm and its matrix", уникальное микрофлюидное устройство позволило экспертам использовать в EMSL научный прибор на основе вакуума — время-пролётную вторично-ионную масс-спектрометрию — для анализа твёрдо-жидких границ раздела в их естественном состоянии на молекулярном уровне. Поскольку живые системы обычно погибают в вакууме, этот подход открывает новую эру для детального изучения биоплёнок. Изображения, полученные с помощью этой новой возможности, показывают, какой компонент биоплёнок — бактерии или производимые ими внеклеточные полимерные вещества — отвечает за устойчивость. Команда сравнила реакцию биоплёнок на воздействие шестивалентного хрома между диким типом и мутантным микроорганизмом и обнаружила интересные различия, такие как водное микроокружение, более высокий полисахаридный состав и более активный рибофлавин у мутантного микроба по сравнению с диким типом. Их исследование улучшает понимание того, как функционируют биоплёнки.