Ученые случайно получили «бактериальные цветы»

Биофизики из Университета Калифорнии, Сан-Диего, изучали бактерии Escherichia coli и Acinetobacter baylyi. Во время экспериментов эти микроорганизмы оказались в одной емкости с питательной средой — и тут выяснилось, что эти существа невольно создают потрясающие «произведения микроискусства». Статью о своем открытии авторы опубликовали в eLife.

«На самом деле, мы смешивали эти два вида бактерий для другого проекта, но однажды утром я обнаружил таинственный узор в виде цветка в чашке Петри, где днем ранее поместил капельку смеси», — восхищается специалист в области вычислительной биофизики Лиян Сюн.

Конечно, это не сознательное творчество крошечных существ. Исследователи выяснили, как получаются подобные узоры и как управлять такой художественной самодеятельностью бактерий.

Если поместить любые из этих микробов в питательную смесь, они начинают расти, распространяясь по субстрату с приблизительно одинаковой скоростью от центра, то есть от места изначальной дислокации. Однако, в зависимости от вида, делают они это с разной скоростью и различным образом. Например, находясь в емкости по отдельности, E. coli растет довольно медленно, собираясь в сгустки, тогда как A. baylyi быстро движется, распространяясь во всех направлениях.

Ученые определили свойства бактерий, которые позволяют им создавать свои рисунки. С помощью матмоделирования они сопоставили физические свойства этих двух видов, такие как скорость роста, морфология и эффективное трение.

A. baylyi может двигаться так быстро, потому обладает так называемой подвижностью микроорганизма. У нее есть маленькие волоскоподобные щетинки, называемые пили, которые несут ее словно крошечные ножки. Эта способность двигаться называется моторикой. У E. coli таких ворсинок нет, поэтому они не могут передвигаться в нужную им сторону, как можем мы (и A. baylyi ).

Когда обе культуры попали в среду с агаром, кишечная палочка, можно сказать, оседлала расширяющуюся внешнюю волну A. baylyi . Именно это создает линию узора. Его неравномерные границы — следствие сопротивления напору A. baylyi.

Чем меньше E. coli оказывается на пути движения A. baylyi , тем дальше продвигается колония последних, и, напротив, крупные сгустки E. coli замедляют их экспансию. Именно это создает цветоподобные формы объединенной колонии. Похожий эффект смогут создавать любые бактерии, если одна из культур будет иметь подвижность, а вторая окажется ею обделена.

Кроме забавных визуальных эффектов, которые могут взять на вооружение любители необычных форм искусства, исследование имеет практическую ценность с медицинской и биологической точек зрения. Чем лучше ученые научатся понимать сложные закономерности, наблюдаемые в бактериальных колониях в дикой природе, тем больше шансов будет на создание новых эффективных препаратов и техник лечения вызванных ими инфекций.

Несмотря на активное изучение проблематики структуры бактериальных сообществ, большинство работ рассматривают теорию и практику распространения колоний одного вида. Но в реальности бактерии не могут отгородиться от мира и быть ксенофобами и, как правило, вынуждены сосуществовать группами, в которых сталкиваются самые разные виды и штаммы. Исследования, которые смогут выяснять особенности таких сложных структур, просто необходимы.