Ogni volta che fai la doccia, puoi vedere come piccole goccioline d'acqua si uniscono per formare gocce più grandi.
Ai ricercatori dell'Università di Erlangen -Norimberga (Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga, FAU), il Centro Max Planck di fisica e medicina (Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, MPZPM) e l'Istituto per la fisica dei sistemi complessi. Max Planck di Dresda (Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, MPI-PKS) è stato in grado di sviluppare un modello statistico per descrivere la formazione, la dinamica e la meccanica di tali colonie cellulari.
Quando i batteri conquistano nuovi territori, unouno dei loro primi compiti è quello di unirsi e formare colonie microscopiche. All'interno di queste comunità, i microrganismi sono meglio protetti da forze esterne, antibiotici e altri influssi negativi che individualmente. Pertanto, in questa forma sono più pericolosi per le persone e altri organismi. Ciò vale anche per i gonococchi (Neisseria gonorrhoeae), che nel giro di poche ore formano grappoli di cellule sferiche sulla pelle umana (muco), costituiti da diverse migliaia di organismi unicellulari.
Come molti altri batteri, Neisseriagonorrhoeae hanno processi filamentosi lunghi e mobili - hanno bevuto. Li usano per attaccarsi alle superfici e muoversi. Aiutano i batteri a interagire tra loro e a legarsi per formare colonie. Al microscopio, questo processo assomiglia alla coalescenza delle goccioline d'acqua.
I ricercatori di Erlangen e Dresda sono ora riusciti a descrivere matematicamente questo comportamento di N. gonorrhoeae. Credito: Hui-Shun Kuan / FAU.
In un progetto congiunto guidato da un postdocHui-Shun Kuan (FAU), Wolfram Penisch (Cambridge University Postdoc), il professor Frank Yulicher (MPI-PKS) e il professor Vasily Zaburdaev, capo del dipartimento di matematica delle scienze naturali presso la FAU hanno sviluppato una teoria per descrivere questi processi utilizzando metodi di fisica statistica. Usano le forze che agiscono tra i batteri attraverso i pili come punto di partenza per il loro modello. Così, sono stati in grado di ricostruire matematicamente lo sviluppo delle colonie. Il processo è simile alla condensazione di un liquido o alla separazione di due fasi come l'acqua e l'olio. Quando il numero di batteri per unità di superficie supera un certo limite, si combinano spontaneamente e formano una gocciolina densa circondata solo da poche cellule singole.
Queste goccioline cellulari sono viscoelastiche:rispondono elasticamente alla rapida deformazione e si muovono come un fluido viscoso per un lungo periodo di tempo. Il comportamento appropriato che mostrano dipende dal fatto che la rete di seghe intrecciate abbia il tempo di ricostruirsi. Il modello dei ricercatori mostra il ruolo centrale di queste proiezioni filamentose nella formazione delle colonie e come determinano le loro proprietà meccaniche.
I risultati ottenuti possono essere generalizzati, così comeusato per descrivere la meccanica e la dinamica di densi ammassi di cellule come tumori solidi o tessuti. Pertanto, la teoria può aiutare i medici a identificare potenziali bersagli per rallentare o addirittura arrestare la formazione di colonie batteriche o tumori con nuove sostanze attive.
Specie batteriche di Neisseria gonorrhoeae,l'agente eziologico della gonorrea a trasmissione sessuale forma grandi colonie di diverse migliaia di cellule entro poche ore. Credito: Nicholas Bie / Brooklyn College
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Una specie di diplococchi gram-negativi del genere Neisseria. Causano la gonorrea - un'infezione venerea antropica, caratterizzata da infiammazione purulenta delle mucose, più spesso del sistema genito-urinario.
Postdoc è un ricercatore che ha ricevuto un Candidate of Science / PhD o ha difeso con successo un PhD e vuole intraprendere una carriera accademica.
Il termine "formazione solida" (cancro) si verifica inoncologia abbastanza spesso. Questo è il nome di una formazione tumorale che si forma dai propri elementi o da altre cellule e ha forme e confini chiari. La loro caratteristica sorprendente è la chiara localizzazione e divisione in due categorie: benigna e maligna.