В мире микробов идет постоянная борьба: они захватывают территорию, атакуют друг друга химическим оружием и даже используют микроскопический ландшафт, чтобы получить преимущество.

Ученые из Корнеллского университета обнаружили, что бактерии могут ускоряться, используя влажные карманы вокруг дрожжевых клеток.

Эти крошечные «дорожки» из жидкости помогают им быстрее распространяться — и это новый способ перемещения микробов в почве, растениях и даже человеческом теле.

Результаты опубликованы в издании Biophysical Journal.

Исследуя взаимодействие микроорганизмов, мы обычно думаем о химических процессах, — говорит ведущий автор работы Дивакар Бадал. — Но оказалось, физические свойства среды не менее важны.

Ученые наблюдали за бактерией Pseudomonas aeruginosa  (подвижная, с хвостиком-пропеллером) и дрожжами Cryptococcus neoformans  (неподвижными).

Под микроскопом было видно, как бактерии устремляются в скопления жидкости вокруг дрожжей. В таких условиях они распространялись в 14,5 раз быстрее, чем в одиночку, а изолированные колонии быстро сливались в сплошные пятна.

Размеры бактерии — как зернышко риса, а дрожжей — как виноградина. Крупные клетки дрожжей вытягивают влагу из поверхности, создавая вокруг себя тонкий слой жидкости. Бактерии используют его как «плавательную дорожку», обходя ограничения сухой среды. Эффект сохранялся даже с мертвыми дрожжами или стеклянными шариками — значит, дело именно в лужицах.

Чем больше препятствие — дрожжи или шарик, — тем больше вокруг него жидкости, и тем лучше для бактерий, — объясняет Варша Сингх из Университета Данди. — Вместо того чтобы мешать, оно помогает им двигаться дальше.

Распространение бактерий зависит и от того, как растут дрожжи. Чтобы разобраться в этом, ученые создали компьютерную модель.

Она показала, что быстрорастущие дрожжи (например, Candida albicans) сильнее меняют «водный ландшафт», влияя на скорость бактерий.

Точно совпадение модели с реальными экспериментами поразило меня, — говорит Дэнни Радж М из Индийского технологического института. — Это виртуальная лаборатория: меняя параметры, от влажности до скорости роста, мы можем ответить на множество вопросов.

Это открытие важно не только для теории. В природе бактерии и дрожжи живут бок о бок в почве, воде, растениях и организме человека. Умение «оседлать» пленку жидкости помогает бактериям колонизировать среду, особенно при нехватке влаги.

Теперь ученые хотят изучить эти взаимодействия в реальных условиях.

Мы часто рассматриваем микробиологию через призму человеческого тела — легких, кишечника, — говорит Сингх. — Но большая часть жизни микробов происходит в почве и других средах. Там нас ждет множество новых открытий. Думаю, это следующая граница науки.

Польза исследования

• Медицина: поможет понять, как бактерии распространяются в легких (например, при муковисцидозе) или раневых инфекциях.
• Сельское хозяйство: объяснит механизмы колонизации почвы, что важно для борьбы с патогенами растений.
• Биотехнологии: подскажет новые способы доставки полезных бактерий в нужные зоны.

Однако исследование проводилось in vitro — в идеализированных лабораторных условиях. В реальной среде (например, в почве) на движение бактерий влияет множество факторов: состав субстрата, конкуренция с другими видами, перепады температуры. Модель требует проверки в естественной среде.

Ранее ученые сообщили, что симбиоз инфузорий и дрожжей может влиять на наше здоровье.