Vi khuẩn có xu hướng hình thành các loại màng sinh học

Bằng cách kết hợp công nghệ hình ảnh siêu phân giải với thuật toán tính toán, một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Communications đã được công bố. Các phát hiện cho thấy, khi các vi khuẩn riêng lẻ nhân lên và phát triển thành một màng sinh học dày đặc và dính, chẳng hạn như cộng đồng hình thành mảng bám răng, mô hình tăng trưởng và động lực của chúng phản ánh sự phát triển như của các thành phố.

Hyun (Michel) Koo, giáo sư tại Trường Nha khoa Penn, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi có quan điểm sau hàng trăm vi khuẩn phân bố trên bề mặt từ quá trình xâm lấn ban đầu đến quá trình hình thành màng sinh học. Những gì chúng ta thấy là rất đáng chú ý. Các đặc điểm không gian và cấu trúc của sự tăng trưởng của chúng tương tự như những gì chúng ta thấy trong quá trình đô thị hóa”.

Quan điểm mới này về cách phát triển màng sinh học có thể giúp chúng ta tìm cách thúc đẩy sự phát triển của các vi khuẩn có lợi hoặc phá vỡ và tiêu diệt màng sinh học của các loại vi khuẩn không mong muốn bằng phương pháp trị liệu.

"Thông thường khi mọi người nghiên cứu màng sinh học, họ phân tích một tế bào trong một phạm vi quan sát hẹp khi nó nhân lên, trở thành một cụm và bắt đầu tích tụ," Koo nói. "Nhưng chúng tôi tự hỏi nếu chúng tôi theo dõi nhiều ô riêng lẻ đồng thời liệu chúng tôi có thể xác định một số mẫu ở quy mô lớn hơn hay không”.

Hwang cùng các đồng nghiệp đã phát triển các công cụ hình ảnh mạnh mẽ, sử dụng kính hiển vi quét laser có khả năng phân tích địa hình bề mặt và theo dõi vi khuẩn cư trú một bề mặt xuống từng tế bào theo ba chiều và xây dựng một thuật toán có thể phân tích hành vi của sự tăng trưởng này theo thời gian.

Trong nghiên cứu của họ, họ đã sử dụng vi khuẩn Streptococcus mutans, một mầm bệnh đường miệng liên quan đến việc gây sâu răng khi nó hình thành màng sinh học thường được gọi là mảng bám răng và giải phóng axit làm phân hủy men răng.

Họ đưa vi khuẩn lên một vật liệu giống như men răng và theo dõi hàng trăm vi khuẩn riêng lẻ trong vài giờ khi chúng phân chia và phát triển.

Nhìn chung, các mô hình tăng trưởng gợi nhớ đến sự hình thành của các khu vực đô thị. Một số "người định cư" riêng lẻ phát triển, mở rộng thành các "làng" vi khuẩn nhỏ. Sau đó, khi ranh giới của các làng phát triển, trong một số trường hợp gặp nhau, chúng đã tham gia để tạo thành những ngôi làng lớn hơn và cuối cùng là "thành phố". Một số trong những “thành phố” này sau đó được sáp nhập để tạo thành "siêu đô thị" lớn hơn.

"Chúng tôi nghĩ rằng phần lớn các vi khuẩn riêng lẻ sẽ phát triển. Nhưng con số thực tế chưa đến 40%, phần còn lại hoặc bị chết hoặc bị nhấn chìm bởi sự phát triển của các vi khuẩn khác”, Koo giải thích.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh, nhìn vào viễn cảnh phát triển màng sinh học của vi khuẩn này cho chúng ta một bức tranh đa chiều về cách chúng phát triển mà chúng ta chưa từng thấy trước đây. Điều này rất hữu ích trong các nghiên cứu tương lai.

Trang Phạm

Theo Phys