Nadar en una piscina de jarabe sería difícil para la mayoría de las personas, pero para bacterias como E. coli , es más fácil que nadar en el agua. Los científicos han sabido durante décadas que estas células se mueven más rápido y más lejos en los líquidos viscoelásticos, como la saliva, la mucosidad y otros fluidos corporales que probablemente llamarán hogar, pero no entendieron por qué.
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y la Escuela de Artes y Ciencias se han unido para encontrar una respuesta. Sus hallazgos podrían informar los modelos y tratamientos de enfermedades, o incluso ayudar a diseñar robots de natación microscópicos.
El estudio fue dirigido por Paulo Arratia, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn Engineering y miembro del laboratorio Alison Patteson, una estudiante graduada. Investigador postdoctoral Arvind Gopinath, miembro del laboratorio Arratia, y Mark Goulian, Edmund J. y Louise W. Kahn, profesora de biología en Penn Arts & Sciences, contribuyeron al estudio.
Fue publicado en Nature Informes científicos .
Los experimentos en la década de 1970 mostraron que, cuando estaba en el agua E. coli demostró lo que se conoce como natación "correr y caer". Una bacteria nadaría en línea recta, luego giraría o cambiaría de dirección al azar. Esta es una buena estrategia para encontrar comida, pero no estaba claro cómo esa estrategiacambiaría en los fluidos más gelatinosos en los que tienden a vivir.
"Lo que es diferente ahora es que podemos caracterizar las propiedades materiales de estos fluidos con mayor precisión", dijo Patteson, "para que podamos conectar los cambios en esas propiedades a los cambios en el comportamiento de natación de las células de una manera muy sistemática".estamos obteniendo una visión más molecular de cómo funcionan las cosas "
Los investigadores también pudieron rastrear bacterias individuales, e incluso moléculas de polímeros individuales, que cuando se agregan al agua en diferentes cantidades, la hacen más viscosa y elástica.
Cuando aumenta la viscosidad, E. coli son menos capaces de separar su trenza de flagelos en forma de látigo. Cuando giran juntas como una hélice, las bacterias se mueven hacia adelante, pero tener que rotar en diferentes direcciones es lo que permite que las bacterias giren. Esto significa que es menos probable que caigan cuandoen fluidos más viscosos.
"En fluidos viscosos, su movimiento es balístico, como una bala", dijo Arratia. "Nadan en línea recta y rara vez giran, lo que significa que pueden viajar más lejos".
Cuando aumenta la elasticidad, el E. coli los golpes de natación se vuelven más eficientes. En el agua, las bacterias tienden a tambalearse, pero cuando están rodeadas de polímeros elásticos, se vuelven más estables. Con moléculas de polímero individuales aproximadamente del mismo tamaño que una sola bacteria, los flagelos de la bacteria se estiran físicamentelos polímeros enrollados como una banda de goma. La fuerza de los polímeros que empujan hacia atrás ayuda a las bacterias a nadar más rápido.
"Tenemos que tener en cuenta estos factores al pensar en qué tan rápido se pueden propagar estas bacterias", dijo Arratia.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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