کشف جدید: ترکیب دو باکتری می‌تواند یک نقاشی زیبا از گل‌ها ایجاد کند!

اگر یک باکتری را در داخل ظرف مخصوص کشت میکروب در یک محیط آگار نوترینت (agar nutrient medium) قرار دهید، مشاهده خواهید کرد که به شکل خاصی رشد می‌کند.

برای مثال، باکتری Escherichia coli رشد کندی دارد و به‌صورت یک توده در می‌آید. در مقابل، باکتری Acinetobacter baylyi سریع‌تر حرکت می‌کند و تا زمانی که همه ظرف را بپوشاند در تمام جهات پخش می‌شود.

اما اگر این دو باکتری را باهم در داخل یک ظرف کشت میکروب بگذاریم چه اتفاقی می‌افتد؟ خب باید بگوییم که چیز شگفت‌انگیزی رخ می‌دهد. آن‌ها باهم ترکیب شده و به سمت بیرون رشد می‌کنند و درنهایت یک الگوی گلبرگ‌شکل را تشکیل می‌دهند.

این موضوع، به‌طور کاملا تصادفی کشف گردید و باعث شد تا دانشمندان با تحقیق بر روی دینامیک رشد باکتری‌ها، علت شکل‌گیری چنین الگویی را بررسی کنند.

Liyang Xiong، بیولوژیست از دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: ما این دو گونه باکتریایی را برای پروژه دیگری باهم ترکیب می‌کردیم که یک روز صبح متوجه الگویی شبیه گلبرگ در ظرف کشت میکروب شدیم. زیبایی این الگو ما را تحت تاثیر قرار داد و شروع به تحقیق درباره نحوه ترکیب سلول‌های باکتریایی کردیم.

تیم تحقیق برای بررسی این موضوع، به سراغ مدلسازی ریاضیاتی رفت. آن‌ها مشخصات فیزیکی دو باکتری مانند سرعت رشد، ریخت‌شناسی و اصطکاک موثر را در مدل خود وارد کردند.

باکتری A. baylyi به‌خاطر داشتن پرزهای کوچک مومانندی به نام pili بسیار سریع حرکت می‌کند. به این نوع حرکت در اصطلاح جنبندگی (motility) گفته می‌شود. در مقابل، باکتری E. coli اصلا pili ندارد و غیرجنبنده است.

وقتی که این دو باکتری در ظرف مخصوص کشت گذاشته شدند، E. coli بر روی مرز بیرونی گسترش‌یابنده A. baylyi سوار شد و باعث ایجاد الگوی مذکور گردید. درواقع حرکت کند E. coli،‌ باعث بی‌ثباتی آن مرز گردید.

در جایی که مقادیر کمتری E. coli وجود دارد، کلونی A. baylyi با سرعت زیادی به سمت بیرون حرکت می‌کند؛ اما مقادیر زیاد E. coli، حرکت بسیار کندی دارند و جلوی پیشروی سریع A. baylyi را می‌گیرند. همین موضوع باعث به وجود آمدن شکل‌های گلبرگی در کلونی ترکیب‌شده گردید. احتمالا چنین اثری، در مورد هر ترکیب دوتایی باکتریایی، قابل مشاهده خواهد بود؛ البته اگر یکی از آن‌ها جنبنده و دیگر غیرجنبنده باشد.

این کشف گرچه می‌تواند یک کار سرگرم‌کننده برای هنرمندان میکروبی باشد، اما باید بگوییم که فایده‌های عملی هم دارد. با این کشف دانشمندان خواهند توانست الگوهای پیچیده مشاهده‌شده در کلونی‌های باکتریایی موجود در طبیعت را درک کنند.

البته فایده‌های سلامتی هم می‌توان برای آن متصور بود. باکتری‌ها تهدید بزرگی برای دستگاه‌های پزشکی و ایمپلنت‌ها محسوب می‌شوند، اما با مطالعه الگوهای پخش باکتری‌ها می‌توان راه‌هایی برای حل این مشکل پیدا کرد.

Lev Tsimring، بیولوژیست از دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: تشکیل الگوهای باکتریایی، در چند دهه گذشته موضوع تحقیقاتی مهمی برای دانشمندان بوده است. با این‌حال، اکثر مطالعات آزمایشگاهی و مدل‌های تئوریک، تمرکز خود را بر روی دینامیک کلونی‌های تک‌گونه‌ای گذاشته‌اند. اما باید بدانیم که اکثر باکتری‌ها در طبیعت، در جوامع چندگونه‌ای زندگی می‌کنند.

Tsimring می‌گوید: در حالیکه برخی از مکانیسم‌های بیوشیمیایی جوامع چندگونه‌ای باکتری‌ها مشخص شده‌اند، اما ما متوجه شدیم که پیچیدگی‌های شگفت‌انگیزی ممکن است در اثر مکانیسم‌های صرفا فیزیکی حاصل گردند.

مطالعه حاضر در مجله eLife چاپ شده است.