Бактериальные маневры: исследование показывает, как слизь способствует развитию инфекцииБактериальные маневры: исследование показывает, как слизь способствует развитию инфекции
Насморк - отличительный признак сезона простуды и гриппа, а увеличение количества слизи - именно то, что используют бактерии для скоординированной атаки на иммунную систему, говорится в новом исследовании ученых из Университета штата Пенсильвания.
Исследователи обнаружили, что чем гуще слизь, тем лучше бактериям удается роиться. Полученные результаты могут иметь значение для лечения, которое сможет уменьшить способность бактерий распространяться. Статья, недавно опубликованная в журнале PNAS Nexus, демонстрирует, как бактерии используют слизь для повышения своей способности к самоорганизации и, возможно, к распространению инфекции. Эксперименты, проведенные с использованием синтетической свиной желудочной слизи, натуральной коровьей цервикальной слизи и водорастворимого полимерного соединения под названием поливидон, показали, что бактерии лучше координируют движение в густой слизи, чем в водянистой субстанции.
Полученные результаты позволяют понять, как бактерии заселяют слизь и поверхности слизистых оболочек и показывают, как слизь усиливает коллективное движение бактерий, или роение, что может повысить устойчивость бактерий к антибиотикам. "Насколько нам известно, наше исследование является первой демонстрацией коллективного перемещения бактерий в слизи", - говорит соавтор статьи Игорь Аронсон. "Мы показали, что слизь, в отличие от жидкостей аналогичной консистенции, усиливает коллективное поведение".
Слизь необходима для выполнения многих биологических функций. Она покрывает поверхности клеток и тканей и защищает от патогенных микроорганизмов, таких как бактерии, грибки и вирусы. Но она также является питательной средой для инфекций, вызываемых бактериями, включая заболевания, передающиеся половым путем, и желудочные заболевания. По словам Аронсона, лучшее понимание того, как бактерии роятся в слизи, может проложить путь к новым стратегиям борьбы с инфекциями и растущей проблемой резистентности к антибиотикам.
"Наши результаты показывают, как консистенция слизи влияет на движение отдельных бактерий и на их переход к скоординированному коллективному движению больших бактериальных групп", - пояснил Аронсон. "Есть исследования, демонстрирующие, что коллективное движение или роение бактерий повышает способность бактериальных колоний противостоять действию антибиотиков. Начало коллективного поведения, изученное в нашей работе, напрямую связано с роением".
Аронсон объясняет, что слизь - это сложное для изучения вещество, поскольку она обладает свойствами как жидкости, так и твердого тела. Жидкости обычно описываются уровнем вязкости - насколько густой или жидкой они являются, а твердые тела - их упругостью - насколько велика сила, которую они могут выдержать. Слизь, вязкоупругая жидкость, ведет себя и как жидкость, и как твердое тело.
Чтобы лучше понять, как слизь становится инфекционной, ученые использовали методы микроскопической визуализации для наблюдения за коллективным движением концентрированных бактерий Bacillus subtilis в синтетической желудочной слизи свиней и естественной цервикальной слизи коров. Они сравнили полученные результаты с наблюдениями за движением Bacillus subtilis в водорастворимом полимере поливидоне в широком диапазоне концентраций, от высоких до низких уровней поливидона. Исследователи также сравнили свои экспериментальные результаты с вычислительной моделью коллективного движения бактерий в вязкоупругих жидкостях, таких как слизь.
Авторы обнаружили, что консистенция слизи оказывает значительное влияние на коллективное поведение бактерий. Результаты показали, что чем гуще слизь, тем больше вероятность того, что бактерии будут демонстрировать коллективное движение, образуя скоординированный рой. "Мы смогли показать, как вязкоупругость слизи усиливает организацию бактерий, что, в свою очередь, приводит к образованию согласованно движущихся бактериальных групп, вызывающих инфекцию", - сказал Аронсон. "Наши результаты показывают, что уровень эластичности и вязкости слизи является основным фактором, влияющим на организацию бактериальных сообществ, что может помочь нам понять, как контролировать и предотвращать вторжение бактерий в слизь".
Аронсон пояснил, что исследователи предполагают, что человеческая слизь обладает схожими физическими свойствами, а значит, их выводы имеют значение и для здоровья человека. "Начало коллективного движения бактерий и их взаимодействие с разными типами слизи должно быть схожим, поскольку эти вещества обладают схожими механическими свойствами", - отметил Аронсон. "Наши результаты имеют значение для здоровья людей и животных, поскольку мы показываем, что вязкоупругость слизи может усиливать крупномасштабное коллективное движение бактерий, что может ускорить процесс быстрого проникновения бактерий через защитный барьер слизи и заражения внутренних тканей".
