Новое исследование доказало, что и бактерии, и люди строят свои колонии по схожим принципам и шаблонам. Когда мы говорим о «колонии бактерий», то подразумеваем некоторое скопление микроорганизмов, существующих в едином пространстве. Однако чем больше исследователи изучают поведение удивительных представителей микромира, тем больше понимают, что мы с ними не так уж сильно отличаемся друг от друга. Новое исследование, проведенное командой Хена Ку из Университета Пенсильвании, рассказывает о механизмах, благодаря которым отдельные бактерии формируют колонии. Ученые выявили закономерности и динамику роста колоний микробов, отражающих наше собственное поведение в городской среде.
«Мы наблюдали за сотнями бактерий от этапа расселения, когда все они были распределены на поверхности далеко друг от друга, до образования единой пленочной структуры. И мы заметили, как поразительно схожи пространственные структуры их роста и принципы, которым руководствуются люди при возведении поселений», пишут авторы. Биопленка — это сложная структура, характерная для большинства прокариот в нашем мире. Они есть везде: это плотный, липкий осадок, который очень тяжело удалить. Если долго не будете чистить зубы, то биопленка начнет формироваться прямо у вас во рту.
Изучая пероральную бактерию Streptococcus mutans, исследователи продемонстрировали, что микробные клетки оседают случайным образом и независимо от типа поверхности. Тем не менее, часть колонизаторов фактически начинает образовывать кластеры, расширяя их масштабы «путем объединения соседних бактерий в густонаселенные микроколонии». «Мы думали, что будет расти большинство отдельных бактерий. Но в итоге их фактическое число составляло менее 40 процентов, а остальные либо отмирали, либо поглощались ростом других микроколоний», пишут авторы.
Как только возникают кластеры, происходит нечто действительно любопытное: они начинают взаимодействовать друг с другом, растут и объединяются в густонаселенные «микроколонии микронного масштаба, которые в дальнейшем расширяются и сливаются», образуя суперструктуру биопленки. Такое сотрудничество интересно, так как в предыдущих исследованиях сообщалось о бактериальной конкуренции у других видов, особенно когда у них было мало питательных веществ. В данном же случае питательные вещества влияли только на фактическое формирование колоний. После этого «отдельные микроколонии продолжали расти без сбоев до слияния друг с другом, а объединенные структуры вели себя и росли как единое новое гармонизированное сообщество», отмечают исследователи.
Выяснилось, что колонии могут сливаться, объединяться друг с другом для повышения шансов на выживание, а также активно конкурируют друг с другом. По мнению авторов, подобное поведение напоминает урбанизацию, когда небольшие группки переселенцев образуют колонии, которые становятся городами и в конце концов сливаются в один огромный мегаполис. «Важно отметить: мы не говорим, что бактерии ведут себя в точности как люди. При этом очевидно, что понимание основных принципов их жизнедеятельности поможет нам лучше справляться с инфекциями», заявляет Ку.
