grueso E. coli Según una nueva investigación de la Universidad de Tokio, las bacterias tienen muchas propiedades similares al vidrio coloidal. Los coloides son sustancias formadas por pequeñas partículas suspendidas en un fluido, por ejemplo la tinta. Cuando estas partículas se vuelven más densas y compactas, forman un “estado vítreo”. Cuando los investigadores atacaron E. coli Descubrieron que las bacterias en un área confinada exhibían propiedades similares. Más sorprendentemente, también mostraron algunas otras propiedades únicas que normalmente no se encuentran en materiales en estado vítreo. El estudio contribuye a nuestra comprensión de los “materiales activos” vítreos, un campo relativamente nuevo de investigación de materiales que cruza la física y las ciencias de la vida. A largo plazo, los investigadores esperan que estos hallazgos contribuyan al desarrollo de materiales con nuevas capacidades funcionales, así como que las biopelículas (donde los microorganismos se agrupan para formar capas en las superficies) y las colonias bacterianas naturales ayuden a nuestra comprensión.
¿Qué tienen en común la mantequilla, el jabón y la tinta? No todos saben bien, por supuesto, pero son todos tipos de coloides, sustancias formadas por partículas suspendidas en un fluido. Cuando la concentración de partículas es baja, la sustancia será más líquida, y cuando es alta, será más sólida (pensemos en un pozo de tinta seca). Cuando esto sucede, la sustancia entra en un estado vítreo, lo que restringe el movimiento de las partículas. Sin embargo, aunque parezca difícil, a diferencia de otros sólidos, las partículas no forman patrones fijos sino que se mezclan aleatoriamente. Es similar a la estructura molecular del vidrio.
Los investigadores han descubierto ahora que las bacterias E. coli puede comportarse de manera similar. “Porque las bacterias son muy diferentes de lo que conocemos como vidrio”, dijo Kazumasa Takeuchi, profesor asociado del Departamento de Física de la Escuela de Graduados en Ciencias. “Sin embargo, la mayor sorpresa para nosotros fue el análisis en profundidad de la temporada 2015-2017. reveló similitudes no sólo en las propiedades estándar del vidrio, sino más allá. Nuestros resultados exigen una ampliación de nuestra comprensión actual de la física del vidrio”.
Takeuchi se inspiró para realizar el experimento hace 10 años después de observar el comportamiento de las bacterias en un estudio diferente. En aquel entonces, notó que cuando una población de bacterias se volvía demasiado densa, de repente dejaba de moverse y quiso entender por qué.
El principal desafío era crear un entorno en el que las bacterias pudieran crecer uniformemente y formar una población densa. Para lograr este objetivo, el equipo utilizó un dispositivo que habían desarrollado previamente, que les permitió distribuir nutrientes de manera uniforme a través de la membrana porosa de las bacterias. Luego, los investigadores observaron las bacterias bajo un microscopio durante 5 a 6 horas.
Como el número de E. coli Cada vez más, quedaban atrapados en las jaulas de sus vecinos, lo que limitaba su capacidad para nadar libremente. Con el tiempo, cambian a un estado vítreo. Esta transición es análoga a la formación de vidrio, ya que los investigadores observaron una rápida desaceleración del movimiento, se observó el efecto jaula y la heterogeneidad dinámica (por el cual las moléculas viajan largas distancias en algunas regiones pero apenas se mueven en otras).
Lo que hizo que este vidrio bacteriano fuera diferente de otros materiales vítreos fue la formación espontánea de “microdominios” y el movimiento colectivo de bacterias dentro de estos dominios. Estos ocurrieron donde grupos en forma de varilla E. coli Tan conectado. Los investigadores también se sorprendieron por la forma en que las bacterias vitrifican (cambian a un estado similar al vidrio), desafiando aparentemente las leyes físicas de los sistemas térmicos normales. Lo que normalmente conocemos como vidrio, incluido el vidrio coloidal, se clasifica como vidrio térmico. Sin embargo, recientemente los investigadores han comenzado a explorar estados vítreos, como los descritos en este artículo, que no se consideran vidrios térmicos pero que tienen muchas de las mismas propiedades.
“Las colecciones de partículas autopropulsadas, como las que vemos aquí, han sido consideradas recientemente como un nuevo tipo de material llamado materia activa, que actualmente es un tema candente y tiene un gran potencial”, explicó Takeuchi. “Nuestros resultados sobre el vidrio bacteriano están en línea con esta línea de investigación, ampliando el concepto al ámbito de los materiales vítreos. A largo plazo, nuestros resultados pueden contribuir al desarrollo de nuevos materiales con determinadas funciones que van más allá de las de los materiales ordinarios. . juntos son imposibles.”
Luego, el equipo quiere saber cómo se desarrolla este fenómeno con otras especies diversas de bacterias en diferentes entornos. Hasta ahora, las investigaciones en curso han demostrado que existen diferentes formas en que las células pueden agruparse. Takeuchi dijo: “Nuestros resultados muestran que las bacterias densas pueden cambiar drásticamente su motilidad y sus propiedades mecánicas a nivel de población, con un cambio mínimo en la densidad celular. Esta información podría informar el diseño de futuras bacterias densas que se pueden utilizar para controlar o controlar funciones. , esperamos conexiones más profundas y amplias entre la física estadística y las ciencias de la vida”.
