แบบจำลองทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียที่เป็นอันตรายสร้างอาณานิคมได้อย่างไร

ทุกครั้งที่คุณอาบน้ําคุณจะเห็นว่าหยดน้ําขนาดเล็กรวมกันเป็นหยดน้ําขนาดใหญ่ได้อย่างไร

จนหนักพอที่จะวิ่งลงกําแพงปรากฏการณ์ในชีวิตประจําวันนี้เรียกว่าการรวมตัวและ ได้ให้เบาะแสแก่นักวิทยาศาสตร์ว่าแบคทีเรียก่อตัวอย่างไรอาณานิคม

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Erlangen-Nuremberg (Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg, FAU), Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) และ Mussein-Sück Institute for Physics of Complex SystemsMax-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS) ในเดรสเดนสามารถพัฒนาแบบจําลองทางสถิติเพื่ออธิบายการก่อตัวพลวัตและกลศาสตร์ของอาณานิคมเซลล์ดังกล่าว

เมื่อแบคทีเรียพิชิตดินแดนใหม่หนึ่งในภารกิจแรกของพวกเขาคือการรวมตัวกันและสร้างอาณานิคมด้วยกล้องจุลทรรศน์ภายในชุมชนเหล่านี้จุลินทรีย์ได้รับการปกป้องจากกองกําลังภายนอกยาปฏิชีวนะและอิทธิพลเชิงลบอื่น ๆ ได้ดีกว่าบุคคลดังนั้นในรูปแบบนี้พวกมันจึงเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆนอกจากนี้ยังใช้กับ gonococci (Neisseria gonorrhoeae) ซึ่งรูปแบบกลุ่มของเซลล์ทรงกลมบนผิวหนังมนุษย์ (เมือก) ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลายพันตัว 

เช่นเดียวกับแบคทีเรียอื่น ๆ Neisseriagonorrhoeae มีกระบวนการเส้นใยที่เคลื่อนที่ได้นาน - ดื่ม ใช้ยึดกับพื้นผิวและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ช่วยให้แบคทีเรียมีปฏิสัมพันธ์กันและสร้างพันธะร่วมกันเพื่อสร้างอาณานิคม ภายใต้กล้องจุลทรรศน์กระบวนการนี้คล้ายกับการรวมตัวกันของหยดน้ำ

นักวิจัยจาก Erlangen และ Dresden ประสบความสำเร็จในการอธิบายพฤติกรรมของ N. gonorrhoeae ในเชิงคณิตศาสตร์ เครดิต: Hui-Shun Kuan / FAU.

ในโครงการร่วมที่นำโดย postdocHui-Shun Kuan (FAU), Wolfram Penisch (Cambridge University Postdoc) ศาสตราจารย์ Frank Yulicher (MPI-PKS) และศาสตราจารย์ Vasily Zaburdaev หัวหน้าภาควิชาคณิตศาสตร์วิทยาศาสตร์ธรรมชาติของ FAU ได้พัฒนาทฤษฎีเพื่ออธิบายกระบวนการเหล่านี้โดยใช้วิธีการทางฟิสิกส์เชิงสถิติ พวกเขาใช้กองกำลังที่กระทำระหว่างแบคทีเรียผ่านพิลีเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับแบบจำลองของพวกมัน ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถสร้างพัฒนาการของอาณานิคมขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์ได้ กระบวนการนี้คล้ายกับการควบแน่นของของเหลวหรือการแยกสองขั้นตอนเช่นน้ำและน้ำมัน เมื่อจำนวนแบคทีเรียต่อหน่วยพื้นที่เกินขีด จำกัด ที่กำหนดพวกมันจะรวมตัวกันโดยธรรมชาติและก่อตัวเป็นหยดน้ำหนาแน่นล้อมรอบด้วยเซลล์เพียงไม่กี่เซลล์

หยดของเซลล์เหล่านี้มีความหนืด:พวกมันตอบสนองอย่างยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนรูปอย่างรวดเร็วและเคลื่อนไหวเหมือนของเหลวที่มีความหนืดเป็นเวลานาน พฤติกรรมที่เหมาะสมที่แสดงขึ้นอยู่กับว่าเว็บเลื่อยพันมีเวลาสร้างใหม่หรือไม่ แบบจำลองของนักวิจัยแสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของการคาดการณ์เส้นใยเหล่านี้ในการสร้างอาณานิคมและวิธีกำหนดคุณสมบัติเชิงกลของพวกมัน

ผลลัพธ์ที่ได้สามารถสรุปได้ทั่วไปเช่นเดียวกับใช้เพื่ออธิบายกลไกและพลวัตของกลุ่มเซลล์ที่หนาแน่นเช่นเนื้องอกหรือเนื้อเยื่อที่เป็นของแข็ง ดังนั้นทฤษฎีนี้สามารถช่วยแพทย์ระบุเป้าหมายที่เป็นไปได้ในการชะลอหรือหยุดการก่อตัวของอาณานิคมของแบคทีเรียหรือเนื้องอกด้วยสารออกฤทธิ์ใหม่

Neisseria gonorrhoeae สายพันธุ์แบคทีเรียสาเหตุของโรคหนองในที่ติดต่อทางเพศสัมพันธ์ก่อให้เกิดอาณานิคมขนาดใหญ่หลายพันเซลล์ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง เครดิต: Nicholas Bie / Brooklyn College

อ่านเพิ่มเติม

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด

นักวิทยาศาสตร์พัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงแสงรูปแบบใหม่

ตั้งชื่อพืชที่ไม่กลัวการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สามารถเลี้ยงคนได้เป็นพันล้านคน

สายพันธุ์แกรมลบ diplococci ของสกุล Neisseria พวกเขาทำให้เกิดโรคหนองใน - การติดเชื้อกามโรคที่มีลักษณะเป็นหนองที่มีการอักเสบของเยื่อเมือกซึ่งมักเกิดจากระบบทางเดินปัสสาวะ

Postdoc เป็นนักวิจัยที่ได้รับ Candidate of Science / PhD หรือประสบความสำเร็จในการปกป้องปริญญาเอกของเขาและต้องการประกอบอาชีพทางวิชาการ

คำว่า "การก่อตัวของของแข็ง" (มะเร็ง) เกิดขึ้นในเนื้องอกค่อนข้างบ่อย นี่คือชื่อของการก่อตัวของเนื้องอกที่เกิดจากองค์ประกอบของตัวเองหรือเซลล์อื่น ๆ และมีรูปแบบและขอบเขตที่ชัดเจน คุณลักษณะที่โดดเด่นของพวกเขาคือการแปลที่ชัดเจนและแบ่งออกเป็นสองประเภท: อ่อนโยนและร้าย