Wanneer je slechts een van de triljoenen bent, het kan moeilijk zijn om vooruit te komen. Dat is het probleem van de aquatische bacterie Leptothrix cholodnii, die vaak wordt aangetroffen in de slijmachtige microbiële matten die veel voorkomen in mineraalrijke wateren. Daarom, om zich in deze gemeenschappen te vestigen, L. cholodnii vormt lange, stijve filamenten die een integraal onderdeel worden van de structuur van de microbiële mat.

In een onderzoek dat vorige week werd gepubliceerd in ACS Nano , een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba gebruikte microfluïdische kamers om de visualisatie van L. cholodnii mogelijk te maken en de bijdrage van nanofibrillen aan de vorming van filamenten te bestuderen. Een beter begrip van dit proces zou onderzoekers kunnen helpen om aanzienlijke vooruitgang te boeken in het gebruik van omhulselvormende bacteriën voor processen zoals de ontwikkeling van nieuwe amorfe ijzeroxiden voor lithium-ionbatterijanoden en het industrieel oogsten van pigmenten en zware metalen.

L. cholodnii-filamenten zijn samengesteld uit ketens van cellen die aanvankelijk zijn omgeven door een zachte omhulling die is gemaakt van duizenden kleine met elkaar verweven haarachtige structuren die nanofibrillen worden genoemd. Tijdens filamentvorming, de bacteriën geven eiwitten af ​​die ijzer en mangaan in het water oxideren, metaaloxiden produceren die zich ophopen in de nanofibrillen, waardoor ze uitharden tot een microbuisje. De nanofibrillen kunnen ook edele metalen bevatten zoals goud, zilver, titanium, en zirkonium. Echter, de exacte rol van nanofibrillen bij de vorming van filamenten is niet bekend.

"Omdat microbiële matten vaak worden aangetroffen op beekbeddingen, we gebruikten microfluïdische kamers om het stromende water op deze locaties te repliceren, " legt hoofdauteur van de studie Tatsuki Kunoh uit. "We lieten individuele cellen de kamers binnengaan en gebruikten vervolgens time-lapse en intermitterende fluorescentiespanning van nanofibrillen en atmosferische scanning-elektronenmicroscopie om het gedrag van individuele cellen en de zich ontwikkelende meercellige filamenten te onderzoeken. "

De onderzoekers toonden aan dat nanofibrillen essentieel zijn voor de hechting van bacteriële cellen aan vaste oppervlakken, die nodig is voor de vorming van filamenten. Deze waarneming bevestigend, variant "schedeloze" L. cholodnii-cellen, die geen nanofibrillen produceerden, zwierven door de kamers tijdens het experiment, niet in staat om een ​​filament te hechten of te vormen.

"Door de nanofibrillen fluorescerend te kleuren, we konden hun verspreiding op het bacteriële celoppervlak volgen, " zegt Dr. Kunoh. "Interessant, de positionering van de nanofibrillen leek de richting van filamentverlenging te dicteren - tijdens eenzijdige verlenging, nanofibrillen waren geclusterd rond het niet-delende uiteinde van de cel, terwijl in bilaterale verlenging, nanofibrillen waren alleen aanwezig rond het centrale deel van de cel."

De onderzoekers merkten ook op dat nanofibrillen dicht geweven waren rond de volwassen delen van de groeiende filamenten, maar een meer open webachtige structuur vormden rond de nieuw verdeelde cellen.

Deze nieuwe inzichten in de rol van nanofibrillen bij de ontwikkeling van filamenten zouden onderzoekers in staat kunnen stellen om L cholodnii op maat te maken voor gebruik in industriële toepassingen zoals bioremediatie, de winning van zware en edele metalen, en fabricage van microdraad.