Исследователи создали более точную модель поиска питательных веществ микробами

Многие бактерии движутся к питательным веществам, вращая прикреплённые к их телу спиралевидные жгутики. При движении клетки могут либо «бежать» по прямой, либо «кувыркаться», меняя направление вращения жгутиков, что случайным образом изменяет их курс. В процессе «хемотаксиса» бактерии могут снижать частоту кувырканий при более высоких концентрациях питательных веществ, сохраняя скорость плавания. Это помогает им легче находить питательные вещества в более благоприятных средах, например, в кишечнике.

Однако в бедных питательными веществами средах некоторые виды бактерий также демонстрируют «хемокинез»: увеличение скорости плавания с ростом концентрации питательных веществ без изменения частоты кувырканий. В новом исследовании, опубликованном в EPJ E, Тереза Якусцвайт и команда Кембриджского университета под руководством Оттавио Кроуза создали модель, точно учитывающую совместное влияние этих двух типов движения.

Результаты работы дают новое представление о том, как самостоятельно плавающие микробы выживают, особенно в суровых условиях, таких как почвы и океаны. Ранее исследования показали, что хемокинез позволяет бактериям скапливаться вокруг источников питательных веществ, быстро реагировать на кратковременные всплески питательных веществ и даже формировать взаимовыгодные отношения с водорослями. Однако до сих пор ни одно из них напрямую не измеряло, как скорость плавания бактерий может меняться в зависимости от концентрации питательных веществ.

Исходя из математических уравнений, описывающих динамику «бега и кувыркания», команда Кроуза расширила широко используемую модель хемотаксиса, включив в неё хемокинез. Затем они применили новую модель для прогнозирования динамики бактериальных популяций в химических градиентах, создаваемых распределениями питательных веществ из предыдущих экспериментов.

С помощью своего подхода исследователи численно показали, как комбинация обоих типов движения может усиливать реакцию популяций по сравнению с одним только хемотаксисом. Они также представили более точные прогнозы реакции бактерий на распределение питательных веществ, включая источники, испускающие питательные вещества спорадически. Это позволило им лучше оценить биологические преимущества подвижности.