Роль жгутика в прикреплении бактерий: как E. coli колонизируют шероховатые поверхности
Новое исследование Гарвардского университета объясняет, как водные бактерии, такие как Escherichia coli, могут закрепляться на шероховатых поверхностях, включая те, что предназначены для отталкивания воды.
Ученые обнаружили, что многочисленные жгутики E. coli действуют как биологические «багорки». Они способны проникать в наноразмерные щели и закреплять бактерию на месте, что играет ключевую роль в образовании биопленок на медицинских имплантатах (кардиостимуляторах, протезах, стентах).
Ключевые механизмы прикрепления:
- Пили (короткие ворсинки) временно приклеиваются к поверхности, пока бактерии выделяют слизь для постоянного закрепления.
- Жгутики, обычно отвечающие за движение, на шероховатых поверхностях выполняют адгезивную функцию. Они могут достигать областей, недоступных для пилей.
Преодоление супергидрофобных поверхностей:
Нанощели в таких материалах часто удерживают пузырьки воздуха, мешающие прикреплению. Исследование показало, что E. coli, активно двигая жгутиками, могут вытеснять эти пузырьки. После смачивания щелей жгутики получают доступ к обширной новой площади для адгезии.
Выводы для создания антибактериальных материалов:
Как отмечает профессор Джоанна Айзенберг, идеальный материал должен сочетать:
- Топографию с мелкими щелями, чтобы ограничить площадь, доступную для пилей.
- Химию поверхности, снижающую способность жгутиков образовывать связи (даже слабые, неспецифические) внутри этих щелей.
Ранее лаборатория Айзенберг уже создала материал SLIPS (Slippery, Liquid-Infused Porous Surfaces), который, благодаря нанопорам, заполненным смазкой, предотвращает прикрепление биопленок.
Исследование, опубликованное в PNAS, имеет значение не только для медицины, но и для пищевой промышленности, водоочистки и судоходства, где биопленки вызывают коррозию и загрязнения. Оно также объясняет, как бактерии с множеством жгутиков успешно колонизируют разнообразные среды, включая покрытый микроворсинками кишечник.