Подавляющее большинство бактерий в мире живут на поверхностях, образуя структуры, называемые «биопленками».«В этих сообществах обитают тысячи и миллионы бактерий разных типов, они настолько сложны и активны в биологическом отношении, что ученые называют их« городами »."
Биопленки на самом деле являются предпочтительным образом жизни бактерий.
Они образуют их, прикрепляясь друг к другу на столь разных поверхностях, как дно океана, внутренние органы и зубы: зубной налет – распространенный пример биопленки. Но биопленки также вызывают хронические инфекции, например.грамм. условно-патогенный микроорганизм Pseudomonas aeruginosa, образующий биопленки в легких больных муковисцидозом.
Вообще говоря, взаимодействие между биопленкой и хозяином считается биохимическим. Но есть некоторые свидетельства того, что физическое и механическое взаимодействие между ними может быть столь же важным – и игнорировать его влияние на физиологию хозяина. Например, как биопленки образуются на мягких тканеподобных материалах?
Это вопрос, на который решилась ответить группа ученых под руководством Алекса Персата из EPFL.
В публикации в журнале eLife они показывают, что биопленки двух основных патогенных бактерий, Vibrio cholerae и Pseudomonas aeruginosa, могут вызывать большие структурные деформации мягких материалов, таких как гидрогели.
Когда бактерии образуют биопленки, они прикрепляются к поверхности и начинают делиться.
В то же время они зарываются в смесь полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот и остатков мертвых клеток. Эта смесь образует липкое вещество, которое называется матрицей «EPS» (EPS означает «внеклеточные полимерные вещества»).
По мере роста отдельных бактерий внутри пенополистирола они растягивают или сжимают его, оказывая механическое воздействие. Рост биопленки и упругие свойства матрицы EPS создают внутреннее механическое напряжение.
Ученые вырастили биопленки на мягких поверхностях гидрогеля и измерили, как они влияют на изменения компонентов EPS. Это показало, что биопленки вызывают деформации за счет «коробления», как ковер или линейка. Насколько велики деформации, зависит от жесткости «основного» материала и от состава пенополистирола.
Исследователи также обнаружили, что V. биопленки холеры могут генерировать достаточное механическое напряжение, чтобы деформировать и повредить монослои мягких эпителиальных клеток, например те, которые выстилают поверхность наших легких и кишечника.
Это означает, что силы, создаваемые растущими биопленками, могут механически поставить под угрозу физиологию их хозяина. Короче говоря, биопленки могут способствовать «механическому» способу заражения, что может потребовать совершенно нового подхода к лечению.
Лаборатория профессора Александра Перса является частью Института глобального здравоохранения EPFL, расположенного в Школе естественных наук.