Una cola flexible permite que las bacterias que nadan adelgacen el líquido circundante y se liberen cuando están atrapadas a lo largo de paredes u obstáculos. Este hallazgo podría influir en cómo se controla el crecimiento bacteriano en las superficies médicas, industriales y agrícolas. El nuevo estudio realizado por investigadores de Penn StateUniversidad, publicado en un número reciente de la revista Royal Society interfaz , utilizó modelos matemáticos para comprender cómo las bacterias con flagelos, una colección de pelos giratorios utilizados para la propulsión que actúan juntos como una cola, superan las fuerzas del flujo de un líquido y navegan en entornos complejos.
"Las bacterias son los organismos más abundantes en el planeta y a menudo se encuentran en líquidos", dijo Mykhailo Potomkin, investigador asociado en matemáticas en Penn State y autor del estudio. "Sabemos por estudios experimentales recientes que las bacterias pueden reducir laviscosidad efectiva, la fricción interna, de una solución, que les ayuda a moverse más fácilmente.
"En soluciones donde la concentración de bacterias es grande, esto se debe al movimiento colectivo de bacterias que adelgazan efectivamente la solución, pero también se observó una disminución de la viscosidad en soluciones diluidas donde las bacterias son menos abundantes", agregó Potomkin. "Este efectose ha explicado por la caída bacteriana cambios aleatorios en la dirección de la bacteria, pero también se informó una disminución similar en la viscosidad en cepas de bacterias que no realizan este comportamiento de caída. Nuestro trabajo sugiere que los flagelos de la bacteria pueden ser responsables."
Utilizando un modelo matemático, el equipo de investigación demostró que los flagelos flexibles permiten que las bacterias superen las fuerzas locales entre las moléculas, reduciendo la viscosidad y adelgazando efectivamente el líquido. Esta comprensión podría tener implicaciones importantes para la creación de materiales biomiméticos, materiales hechos por el hombre queimitar la biología: para alterar las propiedades de una solución con fines biomédicos o industriales.
"Para entender si podemos controlar la viscosidad de una solución, necesitamos entender cómo las bacterias la controlan", dijo Potomkin. "Los flagelos juegan un papel clave en este control. También investigamos cómo las bacterias usan los flagelos para navegar por unUn entorno más complejo al introducir paredes en nuestro modelo. Las bacterias tienden a acumularse en las paredes u obstáculos y, a menudo, se atascan nadando a lo largo de las paredes. Demostramos que tener flagelos elásticos flexibles a veces puede ayudar a las bacterias a escapar de ese atrapamiento, por ejemplo cuando se agregan nutrientes ala solución y aumentar la motilidad de las bacterias "
Las bacterias que se acumulan en dispositivos biomédicos por ejemplo, catéteres y tuberías y desagües industriales y agrícolas en forma de biopelículas son difíciles de eliminar y pueden ser resistentes a los biocidas y antibióticos. Comprender cómo las bacterias pueden escapar de las paredes podría eventualmente informar formas decontrolar o prevenir la formación de estas biopelículas a menudo dañinas. Otra aplicación puede ser la capacidad de desarrollar mejores formas de atrapar bacterias, por ejemplo para identificar tipos de bacterias en un líquido o filtrarlas.
"Nuestros resultados indican que si desea atrapar bacterias, las trampas simples pueden no ser suficientes", dijo Igor Aronson, titular de la Cátedra Huck y profesor de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas en Penn State y autor principal del artículo"Necesitaríamos producir algo más sofisticado. El uso de flagelos elásticos es una forma en que las bacterias móviles responden a su entorno para persistir en condiciones difíciles".
Además de Potomkin y Aronson, el equipo de investigación incluye a Leonid Berlyand, profesor de matemáticas en Penn State, y Magali Tournus, investigador postdoctoral en Penn State en el momento de la investigación y profesor actual en la Universidad Aix de Marsella en Francia. La investigaciónfue financiado por los Institutos Nacionales de Salud y respaldado por el Departamento de Energía de los EE. UU. y los Institutos Huck de Ciencias de la Vida.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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