Толкающиеся бактерии помогут разобраться с ростом раковых опухолей

До сих пор учёные считали, что для роста колонии бактериям нужно уметь передвигаться в определённом направлении; конкретнее — к источнику еды. Группа шотландских биофизиков взялась проверить, насколько это устоявшееся мнение соответствует действительности с точки зрения именно физических механизмов. Вопрос, к слову, не совсем теоретический. Скорость развития бактериальной колонии и её распространения в организме — один из важнейших факторов в понимании возможного течения заболевания и потенциальных путей борьбы с ним.

Сегодняшняя теория движения бактерий тоже создана не одними биологами: помимо Рональда Фишера, её автором считается математик А. Н. Колмогоров, благо, кроме близкого к броуновскому движению перемещения питательных веществ в среде, распространение бактерий определяется ещё и поведением каждой клетки в отдельности. Однако теории такого рода имеют свои ограничения: на поверхности бактерии часто не могут эффективно передвигаться, а потому растут прикреплёнными.

Фред Фаррелл (Fred Farrell) вместе с коллегами по Эдинбургскому университету (Великобритания) сосредоточился на чисто механических воздействиях на бактерии со стороны их окружения и соответствующих последствиях для роста и распространения колоний.

Учёные смоделировали рост бактерий в среде с тем или иным количеством питательных веществ, которые постепенно истощались. Поглощая их, бактерии развивались в направлении своей длины (в модели они рассматривались как палочки) и по достижении определённого значения делились надвое. Кроме того, по мере роста бактерии толкали своих ближайших соседей, соприкасаясь с ними клеточной оболочкой.

В модели получилось, что в целом группа бактерий распространяется изнутри вовне вне зависимости от «индивидуального желания» каждого микроба. При этом форма, получаемая колонией, в конечном счёте зависит только от скорости роста и размножения того или иного вида микроорганизмов. Снижение концентрации питательных веществ вело к появлению у колонии «ветвей». Напротив, обильное питание способствовало формированию почти идеально круглой колонии. Таким образом, без возможности интенсивно двигаться колония растёт в направлении источника питания просто потому, что в эту же сторону развиваются отдельные бактерии, поглощающие пищу, а особенности формы определяются ещё и «столкновениями» отдельных бактерий.

В противоположность модели Фишера — Колмогорова, биофизикам не удалось обнаружить никакого воздействия активного распространения бактерий на рост и форму колонии, и даже влияние концентрации питательных веществ было относительно слабым.
По мнению исследователей, модель может заметно продвинуть понимание механизма развития ряда заболеваний. Так, рак кожи начинает своё существование как плоская колония бактерий, да и развитие новых популяций устойчивых к антибиотикам микроорганизмов стартует с одной-единственной подобной колонии.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт доступен на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.