Многие бактерии плывут к питательным веществам, вращая спиральный жгутик, прикреплённый к их телам. Во время движения они либо «бегут» по прямой, либо «кувыркаются», изменяя направление вращения жгутика, что случайным образом меняет их курс. При помощи процесса под названием «хемотаксис» бактерии могут снижать скорость кувыркания при более высоких концентрациях питательных веществ, при этом поддерживая свою скорость плавания. В более дружелюбных средах, например, в кишечнике, это упрощает для них поиск питательных веществ.
Однако в средах с меньшим содержанием питательных веществ некоторые виды бактерий также проявляют «хемокинез» — увеличивают скорость движения по мере увеличения концентрации питательных веществ, при этом не изменяя скорость кувыркания. В новом исследовании, опубликованном в EPJ E, Тереза Якусцайт и команда из Кембриджского университета под руководством Оттавио Крозе создала модель, которая точно учитывает совместное влияние этих двух форм движения.
Результаты команды дают новое понимание того, как выживают свободно плавающие микробы, особенно в более жёстких средах, таких как почвы или океаны. Ранее исследования показали, что хемокинез позволяет бактериям кружить по источникам питательных веществ, быстро реагировать на резкое их появление и даже образовывать взаимовыгодные отношения с водорослями. Однако пока ни в одном исследовании не измеряли напрямую, как скорость плавания бактерий может меняться в зависимости от концентрации питательных веществ.
Начав с математических уравнений, описывающих динамику бега и кувыркания, команда Крозе расширила общепринятую модель хемотаксиса, чтобы она включала и хемокинез. Затем они использовали новую модель, чтобы предсказать динамику бактериальной популяции внутри химического градиента питательных веществ, использованного в предыдущих экспериментах. Посредством этого подхода учёные численно показали, как комбинация двух способов передвижения может улучшить реакцию популяции по сравнению с одним только хемотаксисом. Они также дали более точные предсказания того, как бактерии реагируют на распределение питательных веществ, включая источники, которые выбрасывают эти питательные вещества спорадически. Это позволило исследователям лучше оценить биологические выгоды подвижности.
_______________
Перевод Антон Меньшенин , редактор Елена Королёва .
Исследование — Theresa Jakuszeit et al, Migration and accumulation of bacteria with chemotaxis and chemokinesis, The European Physical Journal E (2021). DOI: 10.1140/epje/s10189-021-00009-w
Источник — Researchers create more accurate model of how some microbes search for nutrients
