Бактерии окружают себя оболочкой из химических строительных блоков (полимеров) собственного производства, чтобы защитить себя от вредных воздействий окружающей среды. Комбинация бактерий и слизи, которую они производят, называется биопленкой. Микроорганизмы, образующие биопленки на поверхностях, разработали хитроумные стратегии, предотвращающие их смывание проточной водой.
Это может стать серьезной проблемой не только для водосточных труб, но и для медицинских имплантатов и трубок.Профессор Оливер Лиелег, профессор биомеханики, и его исследовательская группа «Биологические гидрогели» в Мюнхенской школе биоинжиниринга исследуют физические принципы, которые делают бактериальные биопленки такими прочными. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале NPJ Biofilms and Microbiomes, они точно измерили поверхность биопленок с помощью микроскопии конфокального отражения света.Обеспечение питательными веществами определяет поверхность биопленок«Нашей первой мыслью было: не все биопленки одинаковы, даже если они производятся одной и той же бактерией», — говорит Оливер Лилег.
Исследователи обнаружили, что почвенная бактерия Bacillus subtilis может производить биопленки с очень разными свойствами: в некоторых случаях капли воды почти мгновенно распространяются по поверхности. В других случаях они скатываются с поверхности или цепляются за поверхность в виде сферических бусинок, даже если поверхность наклонена вертикально.Команда показала, что микроорганизмы используют уловки из растительного мира, а именно водоотталкивающие свойства листьев лотоса и роз. Лиелег и его команда обнаружили, что структура поверхности бактериальных пленок действительно очень похожа на структуру листьев растений.
Подобно листьям, биопленки также имеют грубую структуру как в микрометрах, так и в нанометрах, что делает их устойчивыми к смачиванию водой.Однако листья растений и биопленки различаются в этом отношении: когда присутствует эффект лотоса, маленькие пузырьки воздуха задерживаются между каплей воды и поверхностью листа, тогда как при эффекте лепестка розы этого не происходит. Вот почему капли воды скатываются с листьев лотоса, но прилипают к лепесткам роз. Будет ли биопленка вести себя больше как лист лотоса или лепесток розы, зависит от питательных веществ, доступных бактериям во время роста, поскольку это определяет точную структуру поверхности биопленки.
Новый подход к борьбе с биопленкамиБактерии в биопленках часто трудно убить с помощью антибиотиков и других химикатов. Отчасти в этом виновато растущее распространение резистентности бактерий.
Теперь исследователи предлагают заняться водоотталкивающими свойствами биопленок: «Антибактериальное вещество не может работать, если оно не может достичь поверхности биопленки, потому что оно скатывается. Таким образом, нам необходимо изменить эту водоотталкивающую текстуру поверхности», — говорит Оливер.
Лиелег объясняет. «Это будет новый подход к удалению биопленок с таких поверхностей, как трубки, катетеры и инфицированные раны».