آزمایش‌های میکرو ماز نشان می‌دهند که باکتری‌ها از برخورد برای حرکت در محیط‌های شلوغ استفاده می‌کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برخی از باکتری ها می توانند زمانی که به یکدیگر برخورد می کنند احساس کنند و از این فعل و انفعالات برای شکل دادن به نحوه سازماندهی و حرکت گروه استفاده کنند. این کشف روش جدیدی را نشان می دهد که میکروب ها محیط خود را با استفاده از بازخورد فیزیکی به جای سیگنال های شیمیایی کشف می کنند.

الکساندر پرسات، پروفسور EPFL می‌گوید: «چه در پرورشگاه‌های ماهی، چه در گله‌های پرندگان و چه در جمعیت‌های انسانی، حرکت به‌صورت گروهی می‌تواند ایمنی و کارایی ایجاد کند، اما همچنین می‌تواند منجر به ازدحام و پارازیت شود». «اینکه افراد چگونه حرکت هماهنگ را با نیاز به جدا شدن و کاوش به تنهایی متعادل می‌کنند، یک سؤال اصلی در سراسر سیستم‌های زنده است.»

حتی باکتری ها، در میان ساده ترین محرک های جمعی، ممکن است سرنخ هایی برای این چالش داشته باشند. باکتری ها اغلب در جوامع متراکم زندگی می کنند و حرکت می کنند، جایی که فعل و انفعالات فیزیکی می توانند سلول های همسایه را به هم ردیف کنند و در جریان های هماهنگ با هم حرکت کنند.

این یک مشکل بزرگ ایجاد می کند: افراد می توانند در گروه گرفتار شوند و پراکندگی و کشف فضای جدید را برای آنها دشوارتر می کند. این امر باکتری را از یافتن مواد مغذی جدید یا فرار از محیط های شلوغ و پیچیده مانند خاک یا بافت میزبان باز می دارد.

آزمایشگاه مکانیک میکروبی پرست، با همکاری آزمایشگاه مکانیک ماده نرم و بیولوژیکی سانگوو کیم، همچنین در EPFL، دریافته است که باکتری سودوموناس آئروژینوزا این مشکل را با یک مکانیسم حسی ساده حل می‌کند که به باکتری‌ها اجازه می‌دهد به طور فعال سازمان جمعی خود را از طریق لمس تعدیل کنند. این مطالعه در Nature Microbiology منتشر شده است.

لور لو بلان، نویسنده اول مقاله توضیح می دهد: «هنگامی که این باکتری ها روی سطوح حرکت می کنند، وقتی به همسایگان برخورد می کنند، احساس می کنند. "در پاسخ، آنها جهت را در عرض چند ثانیه معکوس می کنند. این توانایی به جمعیت اجازه می دهد تا سازمان را در انبوه جمعیت مختل کنند، در حالی که در جایی که باید سازماندهی شوند، مانند لبه یک مستعمره در حال رشد."

محققان میکروسکوپ زنده، ردیابی تک سلولی و شبیه سازی های کامپیوتری را برای درک اینکه چگونه برخوردها بر رفتار گروه تأثیر می گذارد، ترکیب کردند. آنها باکتری های نوع وحشی را با جهش یافته هایی که برخورد را حس نمی کنند مقایسه کردند.

آنها همچنین ریز پیچ و خم هایی ساختند تا نحوه حرکت این گونه های مختلف در فضاهای محدود و پر از موانع را آزمایش کنند. با ردیابی باکتری های فردی و تجزیه و تحلیل حرکت کلی گروه، آنها می توانند دقیقا ببینند که چگونه برخوردها به رفتارهای فردی و گروهی در زمان واقعی شکل می دهند.

دانشمندان یک سویه جهش یافته از P. aeruginosa را آزمایش کردند. این جهش یافته فاقد یک ژن حیاتی برای الگوی حرکتی باکتری است: همیشه به سمت جلو حرکت می کند، حتی پس از برخورد با سلول ها و مرزهای دیگر. آن ها دریافتند که باکتری های جهش یافته زمانی که تنها بودند دورتر می رفتند، اما وقتی با هم حرکت می کردند به سرعت در خوشه های متراکم به دام افتادند.

در مقابل، باکتری های نوع وحشی - که همه ژن های خود را دارند - از برخورد با باکتری های دیگر به عنوان اطلاعاتی در مورد محیط اطراف خود استفاده می کردند. در مناطق شلوغ، برآمدگی‌های مکرر باعث معکوس‌هایی شد که گروه را بی‌نظم و متحرک نگه داشت. در لبه مستعمره، جایی که سلول ها رو به فضای باز بودند، در عوض به شدت در یک راستا قرار گرفتند و با هم به سمت قلمروی ناشناخته حرکت کردند.

این سوئیچ به باکتری‌های نوع وحشی کمک کرد تا در محیط‌های شلوغ و ساختاریافته و ماز مانند حرکت کنند. در پیچ و خم، تنها 1٪ از باکتری های جهش یافته در عرض چهار ساعت به خروجی رسیدند. در مقابل، سلول های نوع وحشی به طور متوسط ​​92 درصد از ماز را کاوش کردند و 20 درصد از سلول ها در نهایت به خروجی رسیدند.

این کشف نحوه درک ناوبری باکتری ها را با نشان دادن اینکه نظم جمعی فقط یک نتیجه غیرفعال فیزیک نیست، بلکه یک حالت فعالانه تنظیم شده است، تغییر می دهد. باکتری ها برای کنترل رفتار گروهی، تعاملات فیزیکی را به اطلاعات حسی تبدیل می کنند.

این مکانیسم ممکن است به گسترش P. aeruginosa از طریق بافت‌های میزبان کمک کند و به تشکیل بیوفیلم در طول عفونت‌های انسانی کمک کند. این کشف همچنین ممکن است الهام بخش طرح‌های جدیدی برای گروه‌های روبات‌هایی باشد که باید بدون گیر کردن در محیط‌های شلوغ یا ناشناخته حرکت کنند.

Laure Le Blanc و همکاران، باکتری ها رفتار جمعی را با برخوردهای سلول-سلول مکانیکی تنظیم می کنند، Nature Microbiology (2026). DOI: 10.1038/s41564-026-02505-1

ارائه شده توسط Ecole Polytechnique Federale de Lozanne

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →