Исследователи из Университета Дьюка обнаружили простой, но удивительный факт: ваша кухонная губка является лучшим инкубатором для разнообразных бактериальных сообществ, чем лабораторная чашка Петри. Но не только остатки пищи делают жизнь роящихся вокруг микробов такой благодатной и продуктивной, но и структура самой губки.
В серии экспериментов ученые показали, как различные виды микробов могут влиять на динамику популяции друг друга в зависимости от факторов их структурной среды, таких как сложность и размер. Некоторые бактерии процветают в разнообразных сообществах, в то время как другие предпочитают одиночное существование. Физическая среда, которая позволяет обоим видам жить наилучшим образом, приводит к наиболее высоким уровням биоразнообразия.
Исследователи обнаружили, что структура губки имитирует структуру почвы, создавая среду, более благоприятную для микробного разнообразия, чем большинство лабораторного оборудования.
Почва обеспечивает такую оптимальную смешанную среду обитания, как и ваша кухонная губка.
Инженеры-биомедики из Университета Дьюка утверждают, что полученные ими результаты свидетельствуют о том, что структурная среда должна приниматься во внимание отраслями, использующими бактерии для выполнения таких задач, как очистка загрязнений или производство коммерческих продуктов.
Эти различные виды бактерий ( каждый из которых окрашен в свой цвет, чтобы исследователи могли отслеживать их рост) процветают в гармонии друг с другом благодаря своей структурированной среде. Credit - Andrea Weiss, Zach Holmes and Yuanchi Ha
"Бактерии подобны людям, переживающим пандемию - некоторым трудно находиться в изоляции, в то время как другие успешно развиваются", - сказал Лингчонг Ю, профессор биомедицинской инженерии в Дьюке. "Мы продемонстрировали, что в сложном сообществе, в котором есть как положительные, так и отрицательные взаимодействия между видами, существует промежуточное количество интеграций, которое максимально увеличивает его общее сосуществование".
Микробные сообщества в разной степени смешаны в природе. В почве есть множество укромных уголков, где различные популяции могут расти без особого взаимодействия со своими соседями. То же самое можно сказать и об отдельных капельках воды на верхушках листьев.
Но когда люди объединяют множество видов бактерий в бесструктурную массу для производства таких товаров, как спирт, биотопливо и лекарства, это как правило происходит на отдельной пластине или даже в большом сосуде. В своих экспериментах Ю и его лаборатория показали, почему промышленные предприятия могут разумно использовать структурный подход к своим производственным усилиям.
Исследователи промаркировали около 80 различных штаммов кишечной палочки, чтобы проследить за ростом их популяции. Затем они смешали бактерии в различных комбинациях на лабораторных культуральных пластинах с широким спектром потенциальных жизненных пространств - от шести больших лунок до 1536 маленьких лунок. Большие лунки приближались к среде, в которой виды микроорганизмов могут свободно смешиваться, в то время как маленькие лунки имитировали пространство, где виды могут держаться обособленно.
Независимо от размера среды обитания, результаты были одинаковыми. Маленькие лунки, которые изначально состояли из нескольких видов, в итоге превратились в сообщество, в котором выжили только один или два штамма. То же самое происходило и в больших лунках, в которых сначала обитало много видов, а в конце эксперимента оставались только один или два.
"Малое количество партий действительно вредило видам, выживание которых зависит от взаимодействия с другими видами, в то время как большое количество порций устраняло членов, страдающих от этих взаимодействий (одиночек)", - сказал Ты. "Но промежуточная порция обеспечила максимальное разнообразие выживших членов микробного сообщества".
Полученные результаты, по словам Юэя, создают основу для исследователей, работающих с разнообразными бактериальными сообществами, чтобы начать тестировать, какая структурная среда может лучше всего подойти для их целей. Они также указывают на то, почему кухонная губка является столь полезной средой обитания для микробов. Она имитирует различные степени разделения, присутствующие в здоровой почве, обеспечивая различные слои разделения в сочетании с различными размерами коммунальных пространств.
Чтобы доказать этот тезис, исследователи также провели эксперимент с полоской обычной бытовой губки. Результаты показали, что она является еще лучшим инкубатором микробного разнообразия, чем любое лабораторное оборудование, которое они тестировали.
"Как оказалось, губка - это очень простой способ реализовать многоуровневое порционирование для улучшения общего микробного сообщества", - сказал Ты. "Может быть, именно поэтому она действительно грязная вещь - структура губки просто создает идеальный дом для микробов".
Результаты исследования опубликованы 9 февраля в журнале Nature Chemical Biology.
Источники:
https://pratt.duke.edu/about/news/sponge-structure-bacteria
Новости