Delfto universiteto mokslininkai nustatė, kad E. coli bakterijos gali koordinuoti savo judesius ir taip įvesti tvarką, kuri, atrodo, yra atsitiktinė biologinė sistema.
Uždariusi atskiras bakterijas mikroinžinerijos būdu sukurtose apvaliose ertmėse ir sujungusi šias ertmes siaurais kanalais, komanda pastebėjo sinchronizuotą bakterijų judėjimą. Jų išvados yra labai perspektyvios kuriant valdomus biologinių osciliatorių tinklus.
E. coli bakterijų sinchronizuotas „šokis“
Sinchronizacija yra žavingas gamtos reiškinys, kurį galima stebėti įvairiomis aplinkybėmis – nuo publikos, kuri vieningai ploja, iki darniai naktį šviečiančių jonvabalių ar net nepriekaištingai kartu judančių strazdų būrių.
Sinchronizaciją pirmą kartą aprašė Christiaanas Huygensas XVII amžiuje, o jos pavyzdžiu tapo jo švytuokliniai laikrodžiai, kurie svyruoja tobulai suderinti.
Dabar Delfto technikos universiteto mokslininkai atskleidė, kad taip pat gali elgtis net E. coli bakterijos – maži, vos kelių mikrometrų ilgio vienaląsčiai organizmai.
„Tai buvo nepaprastas momentas mūsų komandai. Bakterijų „sinchroniškas šokis“ ne tik atskleidžia gamtos grožį, bet ir pagilina mūsų supratimą apie mikroskopines mažiausių gyvų organizmų saviorganizacijos ištakas.“ – sakė Mechanikos inžinerijos fakulteto docentas Farbodas Alijani.
Tyrime Alijani komanda, bendradarbiaudama su Delfto universiteto profesoriumi Ceesu Dekkeriu ir bendrove „SoundCell“, panaudojo preciziškai sukonstruotų mikrodalelių galią, kad iš didelės populiacijos išskirtų pavienes E. coli ląsteles.
Šiose unikaliose apvaliose ertmėse bakterijos demonstravo hipnotizuojantį sukamąjį judesį, panašų į švytuoklinių laikrodžių judėjimą.
Sudėtingu kanalu sujungę dvi iš šių ertmių, mokslininkai pastebėjo įdomų reiškinį: dvi bakterijos laikui bėgant pradėjo sinchronizuoti savo judesius.
„Ši sinchronizacija vyksta dėl hidrodinaminės sąveikos, kurią sukelia bakterijų judėjimas susietojoje sistemoje.“ – aiškina Alijani.
Komanda kiekybiškai įvertino šio ryšio stiprumą ir nustatė, kad koordinuotas bakterijų judėjimas atitinka universalias matematines sinchronizacijos taisykles.
Kokias naujas galimybes atveria šis atradimas?
Šis atradimas atveria galimybes kurti mikroįrankius, galinčius sukelti pritaikytus bakterijų sistemų svyravimus ir sinchronizaciją, ir suteikia mokslininkams naują būdą tyrinėti bakterijų judrumą ir koordinaciją uždarose erdvėse.
Dabar komanda bando įžengti į sudėtingesnes sritis, sujungdama kelias ertmes ir sukurdama didelius sinchronizuotų bakterijų tinklus. Jie nori išsiaiškinti, kaip šie tinklai elgiasi ir ar galima sukurti dar sudėtingesnius dinaminius judesius.
Nors šie tyrimai daugiausia yra fundamentiniai, jų pritaikymo galimybės yra labai plačios.
„Tai netgi galėtų tapti nauju požiūriu į vaistų atranką, pavyzdžiui, matuojant skysčių srauto pokyčius ir jėgas, kurias sukelia bakterijų judėjimas, prieš ir po antibiotikų skyrimo.“ – teigia Alijani.
Šį tyrimą įkvėpė ankstesnis Alijani komandos pasiekimas, kai ji pirmą kartą grafeno būgneliu užfiksavo vienos bakterijos skleidžiamą garsą.
„Mums buvo smalsu, ar galėtume žengti dar vieną žingsnį ir iš stebėtų chaotiškų svyravimų sukurti tvarką.“ – sako Alijani.
Šiuo tyrimu jie perėjo nuo vienos bakterijos garso takelio įrašymo prie jų „šokio“ sinchronizavimo.
Taip patskaitykite
