Учёные управляют демографией бактериального сообщества с помощью новой электронной технологии

Микроскопические бактерии образуют повсюду скопления — невидимые сообщества, известные как биоплёнки. Они играют важную роль в средах от здравоохранения до сельского хозяйства.

Молекулярные биологи и физики из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый метод использования электрических импульсов для контроля развития бактериальных сообществ. С медицинской точки зрения это значимо, так как биоплёнки могут вызывать хронические инфекции, особенно в условиях больниц, где устойчивость к антибиотикам представляет серьёзную угрозу.

Биоплёнки состоят из различных типов клеток. Например, клетки, производящие матрикс, обеспечивают структурный «клей», а подвижные клетки участвуют в формировании и распространении биоплёнки. Баланс этих двух типов клеток определяет свойства биоплёнки и важен для её развития. Изменение их соотношения предлагает точный метод контроля.

Как описано 4 мая 2022 года в журнале Cell Systems, команда разработала новое микрофлюидное устройство в сочетании с мультиэлектродной решёткой, что позволило применять локализованные электрические импульсы к растущей биоплёнке.

К удивлению исследователей, электрическая стимуляция заставила подвижные клетки размножаться, несмотря на генетическую идентичность всех клеток в биоплёнке.

«Хотя известно, что электрические импульсы могут убивать клетки, здесь мы показываем, что они могут вызывать рост определённого подтипа клеток», — сказал Гюроль Сюэль. «Как стимуляция длиной в секунду может способствовать росту в течение часов и только одного типа клеток — это большая загадка, которую мы стремимся решить».

«Возможность модулировать типы клеток таким образом важна не только для понимания биоплёнок», — сказал Колин Комерчи. «Используемые нами электрохимические сигналы аналогичны сигналам, используемым во время развития более сложных организмов, таких как лягушки, рыбы или даже люди. Таким образом, наши выводы могут предложить аналогии для других биологических систем».

Почему электрическая стимуляция увеличивает популяцию одного типа клеток, а не другого, остаётся загадкой. Такое влияние обеспечивает контроль над составом и развитием биоплёнки и может предложить новый инструмент для дестабилизации биоплёнок в здравоохранении и сельском хозяйстве.