Gąbka to bardzo prosty sposób na wdrożenie wielopoziomowego porcjowania w celu zwiększenia ogólnej społeczności drobnoustrojów” – mówi Lingchong You. „Może dlatego jest to naprawdę brudna rzecz — struktura gąbki po prostu stanowi idealny dom dla drobnoustrojów.

Twoja gąbka kuchenna jest lepszym inkubatorem dla różnorodnych społeczności bakteryjnych niż laboratoryjna szalka Petriego, podają naukowcy.

To nie tylko uwięzione resztki, które sprawiają, że róg obfitości rojących się drobnoustrojów jest tak szczęśliwy i produktywny, to struktura samej gąbki.

„Struktura gąbki po prostu stanowi idealny dom dla drobnoustrojów”.

W serii eksperymentów naukowcy pokazują, jak różne gatunki drobnoustrojów mogą wzajemnie wpływać na dynamikę populacji w zależności od czynników ich środowiska strukturalnego, takich jak złożoność i wielkość.

Niektóre bakterie rozwijają się w zróżnicowanej społeczności, podczas gdy inne preferują samotną egzystencję. A fizyczne środowisko, które pozwala obu rodzajom żyć jak najlepiej, prowadzi do najwyższych poziomów bioróżnorodności. Gleba zapewnia ten rodzaj optymalnego mieszanego środowiska mieszkalnego, podobnie jak gąbka kuchenna.

Te różne gatunki bakterii — każdy zaprojektowany tak, aby świecić innym kolorem, aby naukowcy mogli śledzić ich wzrost — rozwijają się w harmonii ze sobą dzięki swojemu uporządkowanemu środowisku. (Źródło: Andrea Weiss, Zach Holmes i Yuanchi Ha)

Ocalałe ze społeczności drobnoustrojów

Wyniki nowego badania sugerują, że środowiska strukturalne powinny być brane pod uwagę przez branże, które wykorzystują bakterie do wykonywania zadań, takich jak usuwanie zanieczyszczeń lub wytwarzanie produktów komercyjnych, twierdzą naukowcy.

„Bakterie są jak ludzie żyjący podczas pandemii – niektórym trudno jest być odizolowanymi, podczas gdy innym dobrze się rozwija” – mówi Lingchong You, profesor inżynierii biomedycznej na Duke University.

„Wykazaliśmy, że w złożonej społeczności, która ma zarówno pozytywne, jak i negatywne interakcje między gatunkami, istnieje pośredni stopień integracji, który zmaksymalizuje jej ogólne współistnienie”.

Społeczności drobnoustrojów mieszają się w różnym stopniu w przyrodzie. Gleba zapewnia wiele zakamarków i zakamarków, w których różne populacje mogą się rozwijać bez większej interakcji ze strony sąsiadów. To samo można powiedzieć o pojedynczych kropelkach wody na wierzchołkach liści.

Ale kiedy ludzie wrzucają wiele gatunków bakterii do pozbawionej struktury masy, aby produkować towary takie jak alkohol, biopaliwo, i leki, zwykle są na talerzu lub nawet w dużej kadzi. W swoich eksperymentach Ty i koledzy pokazujecie, dlaczego te wysiłki przemysłowe mogą być rozsądne, aby zacząć przyjmować strukturalne podejście do swoich wysiłków produkcyjnych.

Naukowcy oznaczyli kodami kreskowymi około 80 różnych szczepów E. coli aby mogli śledzić wzrost ich populacji. Następnie wymieszali bakterie w różnych kombinacjach na laboratoryjnych płytkach wzrostowych z szeroką gamą potencjalnych przestrzeni życiowych, od sześciu dużych studzienek do 1,536 maleńkich studzienek.

Duże studnie przybliżają środowiska, w których gatunki drobnoustrojów mogą się swobodnie mieszać, podczas gdy małe studnie naśladują przestrzenie, w których gatunki mogą trzymać się same.

„Małe porcje naprawdę zaszkodziły gatunkom, których przetrwanie zależy od interakcji z innymi gatunkami, podczas gdy duże porcje wyeliminowały członków, którzy cierpią z powodu tych interakcji (samotników)” – mówisz. „Ale pośrednie porcjowanie pozwoliło na maksymalne zróżnicowanie ocalałych w społeczności drobnoustrojów”.

Gąbki kuchenne: przytulny dom dla drobnoustrojów

Wyniki tworzą ramy dla badaczy pracujących z różnymi społecznościami bakteryjnymi, aby rozpocząć testowanie, jakie środowiska strukturalne mogą najlepiej sprawdzać się w ich dążeniach – mówi You. Wskazują również, dlaczego gąbka kuchenna jest tak przydatna siedlisko dla drobnoustrojów. Naśladuje różne stopnie separacji występujące w zdrowej glebie, zapewniając różne warstwy separacji w połączeniu z różnymi rozmiarami przestrzeni wspólnych.

Aby to udowodnić, naukowcy przeprowadzili również eksperyment z paskiem zwykłej gąbki domowej. Wyniki pokazały, że jest to jeszcze lepszy inkubator różnorodności drobnoustrojów niż jakikolwiek testowany przez nich sprzęt laboratoryjny.

„Jak się okazuje, gąbka to bardzo prosty sposób na wdrożenie wielopoziomowego porcjowania w celu zwiększenia ogólnej społeczności drobnoustrojów” — mówi You. „Może właśnie dlatego jest to naprawdę brudna rzecz — struktura gąbki po prostu stanowi idealny dom dla drobnoustrojów”.

Wyniki pojawią się w Nature Chemical Biology.

O autorach

Prace finansowane były przez National Institutes of Health, National Science Foundation, Office of Naval Research oraz Army Research Office.

Źródło: Duke University