Postrojavanje bakterija: Fizičari koriste magnetna polja za manipulisanje bakterijama

Foto: Pixabay

Taj pristup je više od načina da se bakterije kontrolišu – takođe je korisno sredstvo za širok dijapazon istraživanja, kao što je rad na kompleksnim materijalima, faznim transformacijama i fizici kondenzovane materije, piše Phys.org.

Bakterijske ćelije generalno nemaju magnetna svojstva, tako da magneti nemaju direktnu interakciju sa bakterijama. Umesto toga, bakterije su izmešane u tečnosti sa milionima magnetnih nanočestica. To znači da su štapićaste bakterije zapravo nemagnetne praznine u magnetnoj tečnosti.

Preporučujemo

Kad su magneti aktivirani i stvaraju magnetno polje, bakterije se poravnaju u liniju sa magnetnim poljem jer bi bilo koji drugi aranžman zahtevao više energije – teže je držati štapićaste praznine pod nekim uglom u odnosu na magnetno polje.

„Uspeli smo da kontrolišemo sasvim regularne bakterije Bacillus subtilis pomoću magnetnih polja. Ove bakterije nemaju magnetna svojstva, za razliku od nekih magnetotaktičnih bakterija“, kažu naučnici.

Jačina magnetnog polja kontroliše postrojavanje bakterija. Kad su magneti bili deaktivirani, bakterije su haotično plivale unaokolo. Dok je jačina magnetnog polja pojačavana, bakterije su postajale sve postrojenije, na kraju plivajući u gotovo savršenim kolonama.

Broj bakterija bio je takođe značajan – ako je gustina populacije bila velika, bilo je potrebno jače magnetno polje za njihovo postrojavanje. To je zato što plivajuće bakterije utiču na tečnost slično kao turbulencija. Kad ima mnogo bakterija, efekat sličan turbulenciji je snažan, pa je za njegovo prevazilaženje potrebno jače magnetno polje.

„Fluidni tok bakterija u gustoj suspenziji poznat je kao aktivna turbulencija jer sadrži strukture karakteristične za turbulentne tokove, kao što su vrtlozi. Međutim, važno je razumeti da se ova aktivna turbulencija bitno razlikuje od normalne turbulencije, npr. u avijaciji“, objašnjavaju naučnici.

Aktivna turbulencija je vrlo uobičajen fenomen u prirodi. Prouzrokovan je kombinovanim akcijama individualnih jedinica, kao što su ćelije koje plivaju ili se kreću unaokolo, tj. bakterijskih, reproduktivnih ili epitelnih ćelija. Aktivna turbulencija je važan predmet istraživanja u fizici aktivne materije i guste bakterijske suspenzije su izvrsno sredstvo za to izučavanje.

Mikrokuriri budućnosti

Ne radi se samo o uređenom plivanju bakterija. Sposobnost kontrole kretanja bakterija sa turbulentnim tokom značajna je za razumevanje i kontrolisanje aktivne materije – materijala u kojima dinamički obrasci nastaju iz ponašanja individualnih delova. Zamislite jata ptica, ali na ćelijskom nivou.

Istraživači imaju u vidu primene za samoodržavajuće materijale ili upotrebu potencijala mikrorobotike ili bioloških motora radi dobijanja energije ili transporta materijala. Ciljana administracija lekova, na primer, mogla bi se obavljati u mikroskopskim razmerama.

„Uzbudljivo je moći kontrolisati aktivnu materiju na prostorno-vremenski i raznovrsan način u prostoru mnogo većem od individualnih aktivnih jedinica“, kažu naučnici.

Sposobnost preciznog podešavanja ustrojenosti biće takođe dragoceno sredstvo u drugim oblastima istraživanja, poput faznih transformacija ili fizike guste materije.

U međuvremenu, istraživači planiraju da testiraju šta se dešava kad je magnetno polje dinamično – npr. u slučaju rotirajućeg magnetnog polja. Očekuju mnoštvo novih fenomena u tim eksperimentima, dodajući da je razumevanje magnetnog kontrolisanja orijentacije i toka važno za osmišljavanje funkcionalnih aktivnih materijala.

(Telegraf Nauka/Phys.org)