_ Cercetătorii folosesc funcția de împrăștiere pentru a analiza modelele de mișcare ale E. coli

Într-un efort comun cu diverse instituții internaționale, cercetătorii de la Universitatea din Innsbruck au descris modelele de mișcare ale bacteriei Escherichia coli. Pentru a face acest lucru, au folosit o tulpină bacteriană proiectată, experimente la microscop și funcții complicate.

Escherichia coli este una dintre cele mai cunoscute bacterii din lume. Nu numai că se găsește din abundență în intestinele noastre, dar este și un organism model preferat în cercetare. La microscop, bacteriile E. coli pot fi recunoscute ca o grămadă de tije care sunt mereu în mișcare.

Forma exactă a acestei mișcări a fost acum investigată de mai multe echipe într-un proiect internațional de cercetare. Oamenii de știință au cultivat o nouă tulpină de bacterii ale cărei mișcări pot fi controlate și au comparat datele experimentale cu un model fizic care descrie modelele de mișcare ale E. coli pe perioade lungi de timp. Acest model a fost confirmat de studiul experimental.

Compararea experimentelor și a teoriei folosind o funcție intermediară de împrăștiere este realizarea savantului tirolez Christina Kurzthaler. Această lucrare a început ca parte a tezei sale de doctorat în grupul de cercetare al lui Thomas Franosch de la Institutul de Fizică Teoretică de la Universitatea din Innsbruck.

Kurzthaler este unul dintre primii autori ai studiului și acum conduce propriul grup de cercetare. la Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe din Dresda. Lucrarea ei tocmai a fost publicată ca o alegere a editorului în Physical Review Letters.

În biofizică, mișcarea E. coli este descrisă de modelul „alergă și răsturnează”. Cu ajutorul multor flageli mici, bacteriile înoată într-o anumită direcție. La un moment dat, mișcarea se transformă în răsturnare și bacteriile își schimbă direcția. Acest comportament caracteristic este cunoscut de mult timp, dar nu a putut fi descris cu precizie până acum, deoarece a fost greu de măsurat cât timp înoată bacteriile înainte de a începe să se prăbușească.

„Bacteria E. coli”. înoată într-o soluție, ceea ce înseamnă că se mișcă foarte repede într-un spațiu tridimensional. Această mișcare este greu de măsurat deoarece necesită multe date", spune Kurzthaler. „Urmărirea bacteriilor individuale pe o perioadă lungă de timp necesită foarte mult timp și necesită instrumente experimentale speciale.”

Comportamentul de răsturnare este foarte important pentru bacterie. E. coli îl folosește pentru a căuta hrană sau pentru a scăpa de substanțele toxice. „Cunoașterea în detaliu a acestui comportament deschide multe noi posibilități experimentale”, spune Kurzthaler.

Pentru a caracteriza cu acuratețe procesele de mișcare, grupurile partenere de la instituțiile de cercetare chineze au dezvoltat o tulpină de E. coli modificată prin inginerie, în care frecvența răsturnării poate fi redusă sau crescută atunci când este cultivată în anumite soluții chimice.

Un grup de la Universitatea din Edinburgh a efectuat experimente pe aceste bacterii și a realizat imagini microscopice ale întregii populații bacteriene în mai multe momente. Cercetătorii de la Innsbruck au analizat apoi datele colectate utilizând o funcție intermediară de împrăștiere dezvoltată de Kurzthaler, care măsoară indirect distribuția bacteriilor în spațiu și timp și oferă informații despre dinamica acestora.

Acest lucru a făcut posibilă calculați o varietate de date pe perioade lungi de timp, de exemplu, viteza bacteriilor și durata răsturnării acestora. Rezultatul a fost o descriere detaliată a mișcării bacteriilor E. coli în spațiul tridimensional.

„Modelul de alergare și răsturnare în sine nu este nou”, spune Franosch. „Abordarea noastră de a calcula o mișcare în spațiu cu soluții numerice pe computer este. Aceasta este deja o practică obișnuită în alte domenii precum fizica solid-state, dar este o inovație în biofizică.

„Și rezultatul este ceva fascinant: că acest model de rulare și răsturnare cu adevărat simplu descrie perfect mișcarea bacteriilor. Am verificat-o cu funcția noastră complicată și nu am găsit nicio abatere. Pe teren de biofizică, este destul de uimitor că un model teoretic poate fi confirmat atât de precis prin experimente.”

(Fluierul)