Las bacterias que habitan en los bosques, conocidas por formar enjambres viscosos que se alimentan de otros microbios, también pueden cooperar para construir refugios de supervivencia similares a hongos conocidos como cuerpos fructíferos cuando la comida es escasa. Ahora, un equipo de la Universidad de Princeton ha descubierto la física detrás de cómo estas bacterias en forma de bastón, que se alinean en patrones como los de los verticilos de huellas dactilares y las pantallas de cristal líquido, construir las capas de estos cuerpos fructíferos. El estudio fue publicado en Física de la naturaleza .

"En algunas formas, estas bacterias nos están enseñando nuevos tipos de física, "dijo Joshua Shaevitz, profesor de física y el Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa. "Estas preguntas existen en la intersección de la física y la biología. Y es necesario comprender ambas para comprender estos organismos".

Myxococcus xanthus, o Myxo para abreviar, es una especie bacteriana capaz de comportamientos sorprendentemente cooperativos. Por ejemplo, un gran número de células Myxo se unen para cazar otras bacterias en un enjambre hacia sus presas en una sola masa ondulante.

Cuando la comida escasea, sin embargo, las células en forma de bastón se apilan unas sobre otras para formar crecimientos blandos llamados cuerpos fructíferos, que son escondites en los que algunas de las células Myxo se transforman en esporas capaces de reiniciar la población cuando llegan nuevos nutrientes. Pero hasta ahora los científicos no han entendido cómo las varillas adquieren la capacidad de comenzar a trepar unas sobre otras para construir estructuras en forma de gotas.

Para obtener más información sobre cómo se comportan estas bacterias, los investigadores instalaron un microscopio capaz de rastrear las acciones de Myxo en tres dimensiones. Los científicos grabaron videos de los microbios en forma de varilla, que se apiñan muy juntos como ñus en estampida, corriendo a través del plato del microscopio en franjas que se arremolinan entre sí, formando patrones similares a huellas dactilares.

Cuando dos franjas se encuentran, los investigadores observaron, el punto de intersección fue exactamente donde comenzó a formarse la nueva capa de células. Las bacterias comenzaron a acumularse y crearon una situación en la que la única dirección a seguir era hacia arriba.

"Descubrimos que estas bacterias están explotando puntos particulares de la alineación celular donde se acumulan tensiones que permiten a la colonia construir nuevas capas de células". Uno encima del otro, "dijo Ricard Alert, becario de investigación postdoctoral en el Centro de Ciencias Teóricas de Princeton y uno de los primeros coautores del estudio. "Y, en última instancia, así es como esta colonia responde al hambre".

Los investigadores llaman a los puntos donde chocan las células en masa "defectos topológicos, "un término que se refiere a las matemáticas que describen estos puntos singulares. La topología es la rama de las matemáticas que encuentra similitudes entre objetos como tazas de té y donas, porque uno se puede estirar o deformar en el otro.

"A estos puntos los llamamos topológicos porque si queremos deshacernos de uno solo de estos defectos, no puede hacerlo mediante una transformación suave, no puede simplemente perturbar la alineación de las celdas para deshacerse de ese punto donde se pierde la alineación, "Dijo Alert." La topología se trata de lo que se puede y no se puede hacer mediante transformaciones suaves en las matemáticas ".

Las células mixo bacterianas se comportan de forma muy parecida a los cristales líquidos, los fluidos que se encuentran en las pantallas de los teléfonos inteligentes, que están hechos de moléculas en forma de varilla. A diferencia de los cristales líquidos pasivos, sin embargo, Las varillas de myxo están vivas y pueden arrastrarse. Lo más probable es que las bacterias hayan evolucionado para aprovechar tanto los factores pasivos como los activos para construir los cuerpos fructíferos. dijeron los investigadores.

Katherine Copenhague, investigador asociado en el Instituto Lewis-Sigler, y co-primer autor del estudio, tomó videos de las células bajo el microscopio y analizó los resultados. Dijo que al principio el equipo no estaba seguro de lo que estaban viendo.

"Estábamos tratando de estudiar la formación de capas en las bacterias para descubrir cómo estas células construyen estas gotitas, y acabábamos de conseguir un nuevo microscopio, así que puse una muestra de la bacteria de otro proyecto que no tenía nada que ver con la formación de capas bajo el microscopio y la fotografié durante unas horas, ", Dijo Copenhague." La próxima vez que nuestro grupo se reunió, Dije 'tengo este video, así que echémosle un vistazo '. Y quedamos hipnotizados por lo que vimos ".

La combinación de entrenamiento en física y biología entre los investigadores les permitió reconocer nuevos conocimientos teóricos sobre cómo se forman las capas verticales. "Dice algo sobre el valor de la cultura colaborativa en Princeton, "dijo Ned Wingreen, el Profesor Howard A. Prior de Ciencias de la Vida, profesor de biología molecular y del Instituto Lewis-Sigler. "Charlamos entre nosotros y compartimos ideas locas y mostramos datos interesantes entre nosotros".

"Un momento que recuerdo muy vívidamente, "Alert dijo, "está viendo estos videos al comienzo de este proyecto y comienza a darse cuenta, Espere, ¿Las capas se forman exactamente donde están los defectos topológicos? ¿Podría ser cierto? "Para explorar los resultados, siguió los estudios confirmándolos con cálculos numéricos y analíticos.

"La comprensión inicial que se produjo con solo ver estas películas, ese fue un momento genial, " él dijo.