Movimento collettivo nei batteri
Il movimento brulicante dello sciame batterico rappresenta il metodo più rapido con cui i batteri dotati di capacità di movimento possono colonizzare le superfici. Il progetto 3D SWARMING (Complex dynamics of swarming bacteria in three dimensions) ha fornito nuovi e innovativi approfondimenti su aspetti diversi dei batteri dotati di capacità di movimento. I ricercatori hanno studiato in primo luogo il movimento collettivo dei batteri Gram-negativi Serratia marcescens, i quali hanno formato una coltura densa di cellule sferiche. È stato scoperto che i batteri migrano verso la superficie superiore delle gocce di coltura posizionate su vetrino, muovendosi in vortici e getti correlati per alcuni secondi. Ciò ha indicato che le forze steriche non sono essenziali per la generazione di moto collettivo delle particelle semoventi. Il team ha studiato le dinamiche dei batteri di Bacillus subtilis, aventi forma allungata e dotati di moto brulicante, su piastre di agar. Quando gli antibiotici sono stati applicati su alcune delle piastre, per determinare il modo in cui lo sciame reagisce agli stress, i batteri si sono mossi in modo diverso rispetto a quanto accaduto per altre forme di stress come la fame, la secchezza e la riduzione di ossigeno. Un modello matematico ha rivelato che lo sciame si compone di due popolazioni: cellule che non hanno subito effetti e le cellule con motilità compromessa a causa dall’antibiotico kanamicina. Le interazioni fra le due diverse popolazioni hanno spiegato la differenza nel movimento dello sciame. Inoltre, gli scienziati hanno analizzato le traiettorie di singoli batteri con marcatura fluorescente non appena sono stati spinti dai propri vicini all’interno del denso sciame. È stato scoperto che le cellule hanno eseguito una super-diffusione, coerente con il cammino di Lévy, un mix di traiettorie lunghe e in linea retta, e movimenti brevi e casuali. Ciò ha suggerito che questa strategia potrebbe essersi evoluta molto prima di quanto si pensasse. Infine, lo studio delle due diverse specie a forma allungata (B. subtilis e S. marcescens) ha contribuito a determinare l’indipendenza del moto di una singola cellula incorporata nello sciame, determinando anche se questa segue il flusso, o se è in grado di “decidere” e di spostarsi per volontà propria. I risultati hanno dimostrato che i batteri si muovono in quasi ogni direzione e non sono allineati al flusso. Tuttavia, le cellule prive di motilità che sono state inserite nello sciame attivo, come traccianti, hanno invece seguito il flusso. Pertanto il progetto 3D SWARMING dimostra come le cellule dotate di motilità possono muoversi per migliorare la propria diffusione.
Parole chiave
Batteri, brulicante, 3D SWARMING, super-diffusione, cammino di Lévy
