Бактерии – одни из самых распространенных организмов на нашей планете – живут везде, в том числе и внутри макроорганизмов, принося пользу как симбионты или вызывая болезни. Недавно ученые исследовали особенности движения бактерий в средах с разными физико-химическими свойствами, чтобы найти эффективный способ бороться с такими патогенами, попавшими на слизистые оболочки
Бактериальным сообществам иногда приписывают чуть ли не коллективный разум. Такой полет фантазии неслучаен: известно, что при достаточно высокой плотности бактериальных клеток им становится присуще коллективное движение и коллективное поведение. Первое во многом определяется физико-химическими особенностями окружающей среды, второе – с помощью выделения определенных регуляторных молекул.
В подходящих условиях бактерии образуют скоординированный рой: вместо того чтобы двигаться в одном направлении, они «расползаются» в разные стороны. Такие коллективные действия позволяют тем же патогенным бактериям сообща атаковать клетки организма-хозяина.
Коллективное движение бактерий относительно хорошо изучено в так называемых ньютоновских жидкостях, которые имеют постоянную вязкость, – к ним относятся, например, вода, спирт и растворы простых солей. Неньютоновскими называют более сложные жидкости, по свойствам более близкие к твердым телам. Для таких жидкостей характерна переменная вязкость, а также эластичность – свойство возвращаться в изначальную форму при упругой деформации.
Поведение бактерий в неньютоновских жидкостях изучено хуже, чем в ньютоновских. Между тем именно такими являются многие биологические жидкости (кровь, слюна, слизь), представляющие собой среды с растворенными в них липидами, белками и нуклеиновыми кислотами.
Слизь, которую образуют специальные клетки на поверхности слизистых оболочек органов, выполняет много важных биологических функций, например защитные, мешая проникновению патогенов внутрь организма. Наряду с этим она может быть местообитанием болезнетворных микроорганизмов. И при попадании патогена на слизистую оболочку начинает выделяться гораздо больше слизи, при этом часто она становится гуще. Яркий и всем хорошо знакомый пример – насморк.
Поведение в слизистой среде отдельных бактерий изучено достаточно хорошо, чтобы понять, как работает этот защитный барьер и как бактерии его преодолевают. Но вот о коллективном поведении бактерий в такой среде известно немного.
Недавно ученые из Университета штата Пенсильвания (США) провели эксперименты с плотной популяцией подвижных бактерий Bacillus subtilis, которые помещали в жидкости разных типов. В качестве ньютоновской жидкости выступал водный раствор полимерного соединения поливинилпирролидона, неньютоновских – слизь шейки матки коровы и искусственная «слизь» желудка свиньи, представляющая собой раствор белка муцина, от которого зависит эластичность слизи. Исследователи сравнили свои результаты с данными компьютерного моделирования коллективного движения бактерий в вязкоупругих жидкостях.
Эксперименты показали, что бактерии лучше координируют движение в густой (вязкоупругой) слизи, содержащей большее количество муцина: чем гуще была слизь, тем вероятнее бактерии образовывали рой. Напротив, изменение концентрации в среде поливинилпирролидона, влияющего только за вязкость, практически не отражалось на поведении бактерий.
Таким образом, изменение количества и качества слизи может облегчить патогенным бактериям проникновение через защитные барьеры и колонизацию тканей «жертвы». Кроме того, известно, что в случае роения бактерий способность их колоний противостоять действию антибиотиков возрастает. Другими словами, густая слизь может способствовать развитию лекарственной устойчивости бактерий.
Авторы считают, что человеческая слизь проявляет примерно такие же физические свойства, как и исследованные образцы, так что полученные результаты могут иметь значение для практической медицины. Нужно лишь научиться менять свойства слизи в направлении, выгодном человеку, а не патогенам.
Публикации по теме:
Как управлять микробами, когда они управляют нами
Брюшной тиф – зловещий спутник человечества
Фото: https://it.wikipedia.org