У бактерий нашли сложную коллективную память

Люди и бактерии строят колонии по одним законам: неожиданное открытие

Когда мы говорим о «колонии бактерий», то подразумеваем некоторое скопление микроорганизмов, существующих в едином пространстве. Однако чем больше исследователи изучают поведение удивительных представителей микромира, тем больше понимают, что мы с ними не так уж сильно отличаемся друг от друга.

Новое исследование , проведенное командой Хена Ку из Университета Пенсильвании, рассказывает о механизмах, благодаря которым отдельные бактерии формируют колонии. Ученые выявили закономерности и динамику роста колоний микробов, отражающих наше собственное поведение в городской среде.

«Мы наблюдали за сотнями бактерий от этапа расселения, когда все они были распределены на поверхности далеко друг от друга, до образования единой пленочной структуры. И мы заметили, как поразительно схожи пространственные структуры их роста и принципы, которым руководствуются люди при возведении поселений», пишут авторы.

Биопленка — это сложная структура, характерная для большинства прокариот в нашем мире. Они есть везде: это плотный, липкий осадок, который очень тяжело удалить. Если долго не будете чистить зубы, то биопленка начнет формироваться прямо у вас во рту.

Изучая пероральную бактерию Streptococcus mutans, исследователи продемонстрировали, что микробные клетки оседают случайным образом и независимо от типа поверхности. Тем не менее, часть колонизаторов фактически начинает образовывать кластеры, расширяя их масштабы «путем объединения соседних бактерий в густонаселенные микроколонии».

«Мы думали, что будет расти большинство отдельных бактерий. Но в итоге их фактическое число составляло менее 40 процентов, а остальные либо отмирали, либо поглощались ростом других микроколоний», пишут авторы.

Paula et al., Nature Communications, 2020 Визуализация превращения отдельных бактерий в колонии

Как только возникают кластеры, происходит нечто действительно любопытное: они начинают взаимодействовать друг с другом, растут и объединяются в густонаселенные «микроколонии микронного масштаба, которые в дальнейшем расширяются и сливаются», образуя суперструктуру биопленки.

Такое сотрудничество интересно, так как в предыдущих исследованиях сообщалось о бактериальной конкуренции у других видов, особенно когда у них было мало питательных веществ.

В данном же случае питательные вещества влияли только на фактическое формирование колоний. После этого «отдельные микроколонии продолжали расти без сбоев до слияния друг с другом, а объединенные структуры вели себя и росли как единое новое гармонизированное сообщество», отмечают исследователи.

Выяснилось, что колонии могут сливаться, объединяться друг с другом для повышения шансов на выживание, а также активно конкурируют друг с другом. По мнению авторов, подобное поведение напоминает урбанизацию, когда небольшие группки переселенцев образуют колонии, которые становятся городами и в конце концов сливаются в один огромный мегаполис. «Важно отметить: мы не говорим, что бактерии ведут себя в точности как люди. При этом очевидно, что понимание основных принципов их жизнедеятельности поможет нам лучше справляться с инфекциями», заявляет Ку.

Читайте также:  Hbsag подтверждающий положительный что это значит

Для чего требуется определение колоний бактерий

Колония микробов – это ограниченное скопление бактериальных клеток чаще всего одного вида, формы, которые формируются на поверхности (или же внутри) питательных составов. Колонии бактерий имеют свои критерии для определения и чаще всего могут быть лишь приблизительным ориентиром для их оценки.

Общие критерии для определения колоний

Современная микробиология использует такие общие критерии для определения той или иной бактериальной совокупности, оценки ее структуры:

  1. Величина. Крупные культуры могут иметь величину 6 мм и более, а мелкие – меньше, чем 1 мм.
  2. Форма. Как правило, различают правильную, то есть круглую, форму, эллипсоидную, розеточную, ризоидную.
  3. Окраска. Разные их виды могут быть белыми либо иметь всевозможную окраску.
  4. Прозрачность.
  5. Рельефность. Различают плоские, плосковыпуклые, куполообразные с возвышенной серединкой, с вдавлением формы.
  6. Поверхность. Она может быть гладкой, с морщинками, сухой, слизистой, хрупкой, мучнистой.

По всем этим признакам все совокупности микроорганизмов подлежат всестороннему исследованию. Такие признаки хорошо видны на фото, которые сделаны с использованием электронного микроскопа и других приборов.

Для чего используют колонии

Обычно они используются для получения чистых культур. Чистая культура – это популяция микроорганизмов одного вида, выращенная с использованием благоприятной среды. Много видов микроорганизмов различают по какому-то специфическому признаку. Их объединяют по разным критериям на биовары (то есть биологические варианты). На фото, сделанном с применением электронного микроскопа, возможно определение многих видов микробов:

  • Хемовары – это варианты, которые различаются по биохимическим особенностям.
  • Серовары – их отличают по генетическому признаку.
  • Фаговары отличаются по чувствительности к фагам.

Все разновидности таких микроорганизмов можно рассмотреть на фото.

Микробиология также использует понятие «штамм» для обозначения культуры микроорганизмов одного вида или же биовара, выделенного из такого же источника, но за различное время. На фото, сделанном обычным или электронным микроскопом, штамм может обозначаться цифрами или же буквами латинского алфавита.

Как получают культуры

В любой микробиологической лаборатории проводится выделение культур микробов. Их необходимо иметь для правильного определения возбудителя инфекционного заболевания больного и выбрать соответствующее лечение. Врачи должны правильно определить название возбудителей, вызвавших болезнь. Без колоний от бактерий сделать это очень трудно, а иногда и невозможно.

Получить нужный штамм микробов можно при помощи посевов. Их обычно делают на жидкие питательные составы. Посев лучше всего делать в чашке Петри. Чашка Петри – это прозрачная стеклянная посуда в виде цилиндра невысокого размера. Он закрывается крышкой таких же размеров. Чашка Петри широко используется в микробиологии. Микроорганизмы, получаемые в таких сосудах, хорошо видны на фото. В чашку Петри добавляют питательное вещество и опускают биоматериал.

Читайте также:  Виртуальная любовь и виртуальные отношения за и против

В чашке Петри можно также производить посев на плотную среду. В таком случае биологический материал размещают возле ее краев.

Как происходит посев в чашке Петри

В чашку Петри материал, необходимый для получения культуры, наносится петлей, пипеткой или тампоном возле ее края. Шпатель быстро (на счет «раз») проносится через пламя. Очень осторожно биоматериал распределяется по всей поверхности чашки.

В чашке Петри возможен также посев при помощи укола в толщу питательного состава. При этом получается чистая совокупность микробов, и это хорошо видно на фото, сделанном с использованием микроскопа.

В прибор для получения колоний от бактерий можно также производить посев в толщу питательного раствора.

Другие способы получения бактериальных колоний

Возможно разведение колоний микробов по Коху. При этом материал, необходимый для определения, последовательно разводят (как правило, счет разведений доходит до четырех). На последнем этапе размножения в приборе, используемом для инкубации бактерий, появляются изолированные группы микробов, хорошо заметные на фото. Все такие колонии происходят из материнской клетки.

Подобная форма получения штаммов используется тогда, когда материал, подготовленный для определения, разводится в пробирке при помощи стерильного питательного бульона. Одна капля материала вносится в первую по счету чашку. Ее распределяют по всему сосуду. Далее по нему проводят стерильным шпателем, и в такой же форме делается посев во второй чашке. Эта форма существования колоний микроорганизмов позволяет получить самые чистые их штаммы, хорошо заметные на фото.

Выделение колоний в специальных приборах

Иногда для получения чистых совокупностей бактерий применяют специальные приборы. Они облегчают определение анаэробных бактерий. В таких приборах можно создать все необходимые условия для их развития.

Чаще всего используют микроманипулятор. Это прибор, который позволяет извлекать всего лишь одну клетку из суспензии при помощи микропетли. На предметном столике микроскопа устанавливается влажная камера, в которой помещен прибор «висячая капля». В таком приборе определение бактерий, их размеров, форм производится с точностью до микрона. Исследователь же может легко определить клетки, переместить их в пробирку, где имеется уже стерильная питательная жидкость. В ней получается чистый штамм той или иной бактерии.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Наука, искусство или баловство?

Ветеринарный врач-бактериолог Любовь Смирнова делает посев бактерий на питательную среду, в роли которой и выступает агаровый гель. Затем чашку помещают в термостат, а через сутки или двое на поверхности проявляются замысловатые узоры. Нарисовать бактериями можно что угодно: орнамент, цветы, пейзаж. Правда, результат зависит не только от знаний и таланта создателя композиции, но и от поведения самих бактерий. Если они не будут размножаться или, наоборот, займут собой всю чашку, картины не получится.

Читайте также:  Кровь из заднего прохода (ануса), симптомы кишечного кровотечения

Работа «пишется» вслепую: при посеве бактерии бесцветны и практически незаметны глазу. Собственно, именно поэтому их и «выращивают»: когда появляется колония, ученые могут идентифицировать вид бактерий. Эти данные нужны для того, чтобы поставить диагноз пострадавшим от инфекционных заболеваний, организовать мероприятия по дезинфекции или выяснить, как выживают те или иные микробы в разных условиях.

Чтобы создать картину на чашке Петри, бактериологи учитывают множество факторов. Фон работы часто зависит от питательной среды, куда селят бактерий. В так называемые дифференциально-диагностические среды изначально добавляются индикаторы, и в зависимости от того, какой вид микроорганизмов там развивается, они меняют свой цвет. Например, если бактерии будут вырабатывать сероводород, то при посеве на ксилозо-лизин-дезоксихолатную агаровую среду (ее в микробиологии называют XLD), колония микробов почернеет.

Сами бактерии тоже развиваются по-разному. Самые распространенные цвета: красный и желтый, сложнее всего получаются работы с синими и фиолетовыми контурами. Одни микроорганизмы дают блеск, другие — наоборот, делают среду вокруг мутной. Зная эти нюансы, бактериологи могут создавать картины со сложными визуальными эффектами.Любовь Смирнова не работает с микроорганизмами, вызывающими смертельные болезни. Исследовательница говорит: это общий принцип микробиологического творчества — картины не должны быть опасными. Но и работа с кишечной палочкой — это не игрушки. Поэтому все посевы бактерий, неважно, с какой целью они производятся, выполняются исключительно в лаборатории, а готовые работы могут храниться только в защищенных помещениях.

Именно поэтому, кстати, микробиологическое творчество в прямом смысле не выходит за пределы исследовательских центров: выносить из помещений чашки Петри с колониями бактерий строго запрещено в лабораториях по всему миру. Поэтому на немногочисленных выставках работ бактериологов-художников демонстрируют только фотографии композиций. Сами же картины в чашках Петри хранятся всего около недели. Затем цвета искажаются, блекнут, высыхает и агаровый гель. Короткий век колонии заканчивается, картина в прямом смысле умирает.

Малый срок жизни картин в агар-арте Любовь Смирнову ничуть не смущает. Главное, говорит бактериолог, что подобные композиции позволяют совсем по-другому взглянуть на микромир, увидеть в нем не только возбудителей болезней, но и отдельную вселенную, живущую по законам, многие из которых науке пока неизвестны.

Бактериографией занимаются в той или иной степени многие ученые-микробиологи, но до сих пор нет единого мнения, чем считать этот вид творчества: наукой, искусством или профессиональным мастерством. Кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии Санкт-Петербургской государственной академии ветеринарной медицины Любовь Смирнова называет ее баловством и признается: чаще всего она создает работы, чтобы заинтересовать студентов наукой и научить их видеть красоту даже в самых обыденных вещах.

Ссылка на основную публикацию
Туберкулез почек — диагностика и лечение эффективными методами Новости
Туберкулез почек ( Нефротуберкулез ) Туберкулез почек – это внелегочная инфекция, вызываемая микобактериями туберкулеза и поражающая почечную паренхиму. Клиника неспецифична,...
Трахея — Дыхательная система — Организм
Трахея Трахея представляет собой начало нижнего отдела дыхательных путей. Она продолжает гортань и имеет вид полой трубки, имеющей хрящевую стенку,...
Требования подготовки к сдаче анализа мочи — 11-я городская поликлиника г
Подготовка к исследованиям мочи Общие правила: ВНИМАНИЕ! Обязательно накануне исследования расходный материала (контейнер с переходником и пробирку) необходимо предварительно получить...
Туберкулез селезенки симптомы, диагностика, особенности лечения
Авторизация на сайте ТУБЕРКУЛЕЗ ПЕЧЕНИ И СЕЛЕЗНКИ Таланова Ольга Станиславовна, аспирант, Ульяновский государственный университет, talanova.os@mail.ru Кузьмина Ольга Анатольевна, аспирант, Ульяновский...
Adblock detector