Les bactéries changent les propriétés d'un liquide et échappent au piège – ScienceDaily

Une queue souple permet aux bactéries de natation d'alléger le liquide environnant et de se libérer lorsqu'elles sont piégées le long des murs ou des obstacles. Cette constatation pourrait influencer la façon dont la croissance bactérienne sur les surfaces médicales, industrielles et agricoles est contrôlée. La nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université Penn State, publiée dans un numéro récent du journal Royal Society Interface a utilisé des modèles mathématiques pour comprendre comment les bactéries avec flagelles – une collection de poils tournants utilisés pour la propulsion qui agissent ensemble Comme une queue – surmonter les forces du flux d'un liquide et naviguer dans des environnements complexes.

"Les bactéries sont les organismes les plus abondants de la planète et se retrouvent souvent dans les liquides", a déclaré Mykhailo Potomkin, chercheur associé en mathématiques à Penn State et auteur de l'étude. "Nous savons par des études expérimentales récentes que les bactéries peuvent réduire la viscosité effective – le frottement interne – d'une solution, ce qui les aide à se déplacer plus facilement.

"Dans les solutions où la concentration de bactéries est importante, cela s'explique par le mouvement collectif des bactéries qui élimine efficacement la solution, mais une diminution de la viscosité a également été observée dans les solutions diluées où les bactéries sont moins abondantes", a ajouté Potomkin. "Cet effet a été expliqué par un tumbling bactérien – des changements aléatoires dans la direction de la bactérie – mais une diminution similaire de la viscosité a également été rapportée dans les souches de bactéries qui n'effectuent pas ce comportement tumbling. Notre travail suggère que les flagelles des bactéries peuvent Être responsable. "

En utilisant un modèle mathématique, l'équipe de recherche a démontré que les flagelles flexibles permettent aux bactéries de surmonter les forces locales entre les molécules, de réduire la viscosité et d'éclaircir efficacement le liquide. Cette compréhension pourrait avoir des implications importantes pour la création de matériaux biomimétiques – matériaux fabriqués par l'homme qui imitent la biologie – pour modifier les propriétés d'une solution à des fins biomédicales ou industrielles.

"Pour comprendre si nous pouvons contrôler la viscosité d'une solution, nous devons comprendre comment les bactéries le contrôlent", a déclaré Potomkin. "Flagella joue un rôle clé dans ce contrôle. Nous avons également étudié la façon dont les bactéries utilisent flagella pour naviguer dans un environnement plus complexe en introduisant des murs dans notre modèle. Les bactéries ont tendance à s'accumuler sur les murs ou les obstacles et ils se nouent souvent dans les murs. Avoir des flagelles élastiques flexibles peut parfois aider les bactéries à échapper à un tel piège, par exemple lorsque des nutriments sont ajoutés à la solution et augmentent la motilité des bactéries ".

Les bactéries qui s'accumulent sur des dispositifs biomédicaux (par exemple des cathéters) et des tuyaux et des drains industriels et agricoles sous forme de biofilms sont difficiles à éliminer et peuvent être résistantes aux biocides et aux antibiotiques. Comprendre comment les bactéries peuvent échapper aux murs pourrait finalement informer des moyens de contrôler ou d'empêcher la formation de ces biofilms souvent dommageables. Une autre application peut être la capacité de développer de meilleures méthodes pour piéger les bactéries, par exemple pour identifier les types de bactéries dans un liquide ou pour les filtrer.

"Nos résultats indiquent que si vous voulez piéger des bactéries, des pièges simples peuvent ne pas suffire", a déclaré Igor Aronson, titulaire de la chaise Huck et professeur de génie biomédical, de chimie et de mathématiques à Penn State et auteur principal de la papier. "Nous devrions produire quelque chose de plus sophistiqué. L'utilisation de flagelles élastiques est une bactérie mobile à sens unique qui réagit à leur environnement pour persister dans des conditions difficiles."

En plus de Potomkin et Aronson, l'équipe de recherche comprend Leonid Berlyand, professeur de mathématiques à Penn State, et Magali Tournus, chercheur postdoctoral à Penn State au moment de la recherche et conférencier actuel à l'Université Aix Marseille en France. La recherche a été financée par les National Institutes of Health et soutenue par le Département américain de l'Énergie et les Huck Instituts of the Life Sciences.

Source de l'histoire:

Matériel fourni par Penn State . Remarque: Le contenu peut être édité pour le style et la longueur.

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