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细菌改变了液体的特性并逃脱了诱捕

灵活的尾巴允许游泳细菌稀释周围的液体,并在沿着墙壁或障碍物被困时自由。这一发现可能会影响医疗,工业和农业表面细菌的生长受到控制。研究人员在宾夕法尼亚州立大学的这项新的研究,发表在最近一期的英国皇家学会杂志的发行接口,使用数学模型来了解细菌纺纱毛的鞭毛的集合为推进共同行动像是从尾克服部队使用流动的液体和导航复杂的环境。

细菌改变了液体的特性并逃脱了诱捕

“细菌是地球上最丰富的生物,通常存在于液体中,”宾夕法尼亚州立大学数学研究助理,该研究的作者Mykhailo Potomkin说。“我们从最近的实验研究中了解到,细菌可以降低溶液的有效粘度 - 内部摩擦力,这有助于它们更容易移动。

“在细菌浓度较大的溶液中,这是由于细菌的集体运动有效地使溶液稀释,但在细菌含量较少的稀溶液中也观察到粘度降低,”Potomkin补充说。“这种效应可以通过细菌翻滚 - 细菌方向的随机变化来解释 - 但是在不发生这种翻滚行为的细菌菌株中也报告了类似的粘度降低。我们的工作表明,细菌的鞭毛可能是负责任的。 “。

研究小组利用数学模型证明,灵活的鞭毛可以帮助细菌克服分子间的局部力,降低粘度并有效稀释液体。这种理解可能对仿生材料的创造具有重要意义 - 模拟生物学的人造材料 - 改变生物医学或工业用途溶液的性质。

“为了了解我们是否可以控制溶液的粘度,我们需要了解细菌如何控制它,”Potomkin说。“鞭毛在这种控制中起着关键作用。我们还研究了细菌如何通过在我们的模型中引入墙壁来使用鞭毛来导航更复杂的环境。细菌往往积聚在墙壁或障碍物上,并且它们经常被卡在墙壁上游动。我们证明了这一点。具有弹性的弹性鞭毛有时可以帮助细菌逃脱这种诱捕,例如当营养物质添加到溶液中并增加细菌的活力时。

在生物医学装置(例如导管)上构建的细菌以及生物膜形式的工业和农业管道和排水管难以去除并且可以抵抗杀生物剂和抗生素。了解细菌如何从墙壁中逃逸,最终可以告知控制或防止这些通常具有破坏性的生物膜形成的方法。另一种应用可能是开发更好的捕获细菌的方法,例如识别液体中的细菌类型或将其过滤掉。

“我们的研究结果表明,如果你想捕获细菌,那么简单的陷阱可能就不够了,”宾夕法尼亚州立大学生物医学工程,化学和数学哈克教授,该论文的高级作者Igor Aronson说。“我们需要生产更复杂的东西。使用弹性鞭毛是一种运动细菌对其环境作出反应以保持在恶劣条件下的一种方式。”

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