Вязкие среды, такие как слизь в организме, влияют на рост и размножение бактерий. Исследования показали, что бактерии в таких средах образуют длинные, переплетенные кабелеподобные структуры, в отличие от их обычного рассеянного роста в жидкостях без полимеров. Это явление наблюдается у различных видов бактерий и с разными полимерами, что указывает на общий механизм.
Формирование кабелей происходит из-за взаимодействия между клетками и полимерами, а именно из-за эффекта «истощения». Полимеры, окружая клетки, создают области исключенного объема. При сближении клеток эти области перекрываются, вызывая разницу осмотического давления, которая заставляет клетки притягиваться друг к другу. Это притяжение особенно сильно, когда клетки располагаются бок о бок.
После начальной фазы сближения бок о бок, клетки, продолжая делиться, образуют структуры «конец в конец», создавая метастабильную конфигурацию протокабеля. Сила притяжения «истощения» удерживает их в этом состоянии, позволяя кабелям расти и удлиняться. Этот процесс продолжается, пока у клеток есть питательные вещества. Когда полимеры удаляются, кабели распадаются.
Моделирование подтверждает, что этот процесс зависит от нескольких ключевых факторов: времени удвоения клеток, вращательной диффузии, вязкости среды и силы «истощающего» притяжения между клетками. Эксперименты и моделирование показали, что клетки в метастабильной конфигурации «конец в конец» продолжают формировать кабели, если время удвоения меньше, чем время выхода из этого состояния.
Изображение носит иллюстративный характер
Формирование кабелей происходит из-за взаимодействия между клетками и полимерами, а именно из-за эффекта «истощения». Полимеры, окружая клетки, создают области исключенного объема. При сближении клеток эти области перекрываются, вызывая разницу осмотического давления, которая заставляет клетки притягиваться друг к другу. Это притяжение особенно сильно, когда клетки располагаются бок о бок.
После начальной фазы сближения бок о бок, клетки, продолжая делиться, образуют структуры «конец в конец», создавая метастабильную конфигурацию протокабеля. Сила притяжения «истощения» удерживает их в этом состоянии, позволяя кабелям расти и удлиняться. Этот процесс продолжается, пока у клеток есть питательные вещества. Когда полимеры удаляются, кабели распадаются.
Моделирование подтверждает, что этот процесс зависит от нескольких ключевых факторов: времени удвоения клеток, вращательной диффузии, вязкости среды и силы «истощающего» притяжения между клетками. Эксперименты и моделирование показали, что клетки в метастабильной конфигурации «конец в конец» продолжают формировать кабели, если время удвоения меньше, чем время выхода из этого состояния.
