Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны выяснили, что бактерии используют физические столкновения друг с другом для навигации в густонаселенных местах. Результаты исследования, объясняющего, как микробы избегают пробок при коллективном движении, опубликованы в научном журнале Nature Microbiology.
Оказалось, что синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) обладает уникальным сенсорным механизмом. При столкновении с соседями она за считаные секунды меняет направление движения. Это позволяет популяции сохранять подвижность в плотной толпе и одновременно организованно двигаться на границе колонии, где нужно осваивать новые территории. В ходе экспериментов ученые построили микроскопические лабиринты, чтобы проследить за перемещениями микроорганизмов в реальном времени.
Исследователи сравнили обычные бактерии с мутировавшими, которые не чувствуют ударов и всегда ползут только вперед. Выяснилось, что мутанты быстро застревали в плотных скоплениях, тогда как природные штаммы успешно лавировали в тесноте. В лабиринте лишь один процент измененных микробов смог найти выход за четыре часа. Обычные же бактерии исследовали 92% пространства, и 20% из них добрались до финиша.
«Когда бактерии движутся по поверхности, они чувствуют момент столкновения с соседями. В ответ они дают задний ход, что позволяет группе разорвать плотную структуру, но оставаться организованной там, где это необходимо, например, на краю растущей колонии», — объяснила автор исследования Лор Ле Блан.
Открытие меняет понимание того, как бактерии заражают организм человека. Прежде считалось, что их коллективное движение — пассивный физический процесс, но теперь доказано, что микробы активно управляют им, преобразуя механические контакты в сенсорную информацию. Это знание поможет в борьбе с биопленками, которые формируют бактерии в ранах. Кроме того, алгоритм движения микробов может вдохновить инженеров на создание роев роботов, способных ориентироваться в незнакомой толпе без заторов.
Ранее ученые открыли, что клетки обладают памятью и сами управляют своим движением.