Wetenschappers hebben ontdekt dat bacteriegroepen zich sneller over oppervlakken verspreiden wanneer de individuen erin langzaam bewegen, een ontdekking die licht kan werpen op hoe bacteriën zich tijdens infecties in het lichaam verspreiden.

Onderzoekers van de Universiteit van Sheffield en de Universiteit van Oxford bestudeerden Pseudomonas aeruginosa, een soort bacterie die verantwoordelijk is voor dodelijke longinfecties, die over oppervlakken beweegt met behulp van kleine grijphaakachtige aanhangsels die pili worden genoemd. Vergelijkbaar met de fabel van de schildpad en de haas, ze ontdekten dat bacteriën die zijn ontworpen om individueel sneller te bewegen, in feite de race verloren tegen langzamere stammen wanneer ze zich in dicht opeengepakte groepen bewogen.

Door een combinatie van genetica te gebruiken, wiskunde, en geavanceerde volgalgoritmen die gelijktijdig de beweging van tienduizenden cellen kunnen volgen, de onderzoekers toonden aan dat botsingen tussen de snel bewegende bacteriën ervoor zorgen dat ze verticaal roteren en vast komen te zitten.

In tegenstelling tot, langzamer bewegende cellen blijven liggen, waardoor ze in beweging kunnen blijven. De langzamer bewegende cellen winnen daarom de race naar nieuw territorium, meer voedingsstoffen binnenkrijgen, en uiteindelijk de sneller bewegende cellen overtreffen. Dit onderzoek suggereert dat bacteriën zich langzaam hebben ontwikkeld, ingetogen beweging om de groep als geheel ten goede te komen, in plaats van individuele cellen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica .

Dr. William Durham, een docent biologische fysica aan de Universiteit van Sheffield, zei:"We ervaren routinematig een patstelling in ons eigen leven terwijl we te voet of in de auto reizen. Deze files ontstaan ​​vaak omdat individuen hun eigen beweging voorrang hebben gegeven boven die van hun buren. Daarentegen, bacteriën zijn geëvolueerd om zich voorzichtig en effectief in menigten te verplaatsen, waarschijnlijk omdat hun buren genetisch identiek zijn, er is dus geen belangenverstrengeling. Bacteriën bereiken dit door langzamer te bewegen dan hun topsnelheid."

Om deze verschijnselen te begrijpen, de onderzoekers gebruikten een theorie die oorspronkelijk was ontwikkeld om materialen te bestuderen die bekend staan ​​als vloeibare kristallen.

Dr. Oliver Meacock, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Sheffield en hoofdauteur van de studie, zei:"Vloeibare kristallen zijn overal om ons heen, van smartphoneschermen tot moodringen. Hoewel we aanvankelijk niet hadden verwacht dat de wiskundige hulpmiddelen die zijn ontwikkeld om deze door de mens gemaakte materialen te begrijpen, zouden kunnen worden toegepast op levende systemen, onze bevindingen laten zien dat ze ook licht kunnen werpen op de uitdagingen waarmee microben worden geconfronteerd."

Patronen van collectieve beweging die voorkomen in zwermen vogels en scholen vissen zijn lange tijd een bron van fascinatie geweest voor toeschouwers. Dit nieuwe onderzoek laat zien dat soortgelijke spectaculaire vormen van collectieve beweging ook voorkomen in de microscopische wereld.