Ученые разработали новую модель, которая позволяет предсказывать движение бактерий. Это открытие может изменить подход к изучению жизни микробов и влияния на здоровье.
Генри Маттингли, исследователь из Института Флэтайрон, относящегося к Фонду Симонса, представил новую вычислительную модель, впервые теоретически описывающую поведение бактерий в сложных условиях. Эта работа была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Определить путь, по которому движутся бактерии, так же сложно, как предсказать, в какую сторону унесет листок на ветру. Их перемещение хаотично, а восприятие препятствий, таких как углы и поверхности, добавляет к задаче сложности. Однако такие прогнозы имеют огромное значение: они позволяют контролировать распространение патогенных бактерий и управлять движением полезных, например, для доставки медикаментов в организм.
Маттингли выяснил, как бактерии перемещаются в жидкой среде, используя жгутики и постоянно меняя направление своего движения. Он установил, что частота изменения направления является ключевым аспектом их распространения. Частые или слишком редкие повороты замедляют движение, а столкновения с преградами могут вызвать задержку.
Ученый выделил три основных состояния, в которых могут находиться бактерии: свободное движение, скольжение вдоль преграды и застревание в углу. С помощью математических методов он оценил вероятность нахождения бактериальной колонии в каждом из этих состояний и создал модель, описывающую процесс диффузии.
Чтобы протестировать свою модель, исследователь провел компьютерные симуляции, на которых бактерии сталкивались с случайно расположенными преградами. Результаты показали, что модель способна точно предсказывать их поведение.
Это открытие станет основой для создания бактерий-носителей, применяемых для доставки медикаментов. Определив оптимальную частоту изменения направления, можно повысить эффективность их движения в сложных средах. Следующим этапом станет испытание модели на реальных бактериях для проверки ее точности в описании их поведения в живых системах.
