Mekkora erőt termelnek a baktériumok? Most meg lett mérve

A baktériumok különféle furcsa ambuláns mechanizmusok segítségével vándorolnak. Ezek a vándorlások lehetővé teszik számukra, hogy kövessék a zsákmányt, biofilmeket képezzenek, és egyszerűen aggregálódjanak.

És ez felvet egy érdekes kérdést. Ha figyelembe vesszük ezt a mozgási képességet, mekkora erőt termelnek a baktériumok mozgásuk során? Más szóval, mennyire tudnak nyomni?

kaliforniai elektromos autók törvénye

Ma választ kapunk Joshua Shaevitz, Benedikt Sabass és Howard Stone Princetoni Egyetemen végzett munkájának köszönhetően. Ezek a srácok kifejlesztettek egy módszert a benne rejlő apró erők mérésére, és megmutatják, hogy amikor lökdösésről van szó, a baktériumok jóval a súlyuk fölé ütnek.



Egy tipikus baktériumsejt mindössze néhány mikrométer hosszú, tömege pedig körülbelül 10-15 kilogramm. A gravitációs erő hatására egyetlen sejt körülbelül 10 femtonewton erőt fejt ki. Ezt nem könnyű mérni.

Shaevitz és társai egy vonóerő-mikroszkópként ismert technikával próbálkoznak. Ez azon a megfigyelésen alapul, hogy a baktériumok mozgásuk során deformálják a körülöttük lévő puha anyagokat. Tehát ezeknek az alakváltozásoknak a mérésével ki lehet számítani a mögöttük lévő erőket.

A kísérlet során a baktériumokat puha gélszerű anyagra helyezik, majd mikroszkóp segítségével lefényképezik őket, ahogy mozognak. A szóban forgó anyag egy vékony, kitozánnal bevont poliakrilamidból készült, puha elasztikus gélréteg. Ennek jól jellemzett anyagtulajdonságai vannak, így könnyen kiszámítható, mekkora erő szükséges a deformációhoz.

De ha a deformációk kicsik, nehezen láthatók. Tehát a gél két különböző színű mikrogyöngyöt is tartalmaz, amelyek az anyag deformálódásával mozognak és könnyebben láthatók. Ahogy a sejtek mozognak a felületen, a mikrogyöngyök helyzetének bármilyen változása felhasználható a mozgás által okozott deformációk kiszámításához.

Shaevitz és társai a kísérleteiket a Myxococcus xanthus baktériumok, amelyek két különböző mechanizmussal mozognak. Az első egyfajta sikló mozgás, amelyben a felülettel érintkező sejtmembrán tankpályaként működik, miközben a lény mozog. Egyetlen sikló cella mindössze néhány piconewton (10-12 Newton) erőt hoz létre, ami aligha elég a gél deformálásához. Arra a következtetésre jutottunk, hogy az egyes sejtek siklása alacsony súrlódású folyamat, amely mechanikusan alig befolyásolja a környezetet, mondja Shaevitz és társai.

Azonban, Myxococcus xanthus van egy másik, erősebb mozgásmódja. Ez egyfajta markoló-kampó mechanizmus, amelyben minden sejt kis szőrszerű kidudorodásokat hoz létre, amelyeket pilusoknak nevezünk, amelyek előrenyúlnak és a felülethez tapadnak. A pilisben tekergőző baktériumok körülbelül egy mikrométer/másodperc vagy körülbelül egy testhossz/másodperc sebességgel húzzák fel magukat.

Ebben az esetben Shaevitz és társai azt mondják, hogy az egyetlen cella által generált átlagos erő körülbelül 50 piconewton – ez 10-szer nagyobb, mint a sikló mozgásnál.

Ráadásul a baktériumok általában csoportosan mozognak, így kollektív erejük sokkal nagyobb lehet. A mérések azt mutatják, hogy a baktériumcsoportok 100 pikonewtonnál nagyobb erőt fejtenek ki.

Ez egy érdekes munka, amely felfedi a baktériumok mozdonygépként való képességeinek legalább egy részét.

Vannak azonban még mindig jelentős megválaszolatlan kérdések. Például az ilyen típusú vonóerő-mikroszkópia felbontása körülbelül 0,5 mikrométer, vagyis ennél kisebb alakváltozások nem mérhetők. Tehát ez a technika figyelmen kívül hagy minden olyan dinamikát, amely kisebb léptékben fordul elő.

Rengeteg más rejtély is kapcsolódik a baktériumok mozgásához. Például senki sem tudja, miért Myxococcus xanthus lágy agaron gyorsabban tud mozogni, mint merev agaron. De ez a fajta munka segíteni fog a válaszok feltárásában.

Ezen túlmenően érdekes kérdés, hogyan lehet kihasználni a baktériumok mozgását. Ha ez a mozdulat erőket generál, miért ne használná őket karok megnyomására, kapcsolók működtetésére, hörcsög kerekeinek forgatására, rakomány szállítására és így tovább? Nem nehéz elképzelni egy igazi Disneyland bakteriális tevékenységet.

Jesse richman politológia

Természetesen az ilyen léptékű gépezet teljesen más módon működik, mint az emberi léptékben – a tehetetlenségi erők jelentéktelenné válnak, míg más hatások, például van de Waal erői rendkívül fontossá válnak. Ezt a mikroelektromechanikai eszközök tervezői régóta tudják – talán segíthetnének?

Valójában nem minden képzeletet felülmúl, hogy a vándorló baktériumok kollektív erőit egy napon hasznosíthatják mikrométeres skálán.

Ref: arxiv.org/abs/1701.00524 : Kollektív erőgenerálás a vándorló baktériumok csoportjai szerint

elrejt

Tényleges Technológiák

Kategória

Nincs Kategorizálva

Technológia

Biotechnológia

Technikai Politika

Klímaváltozás

Ember És Technológia

Szilícium-Völgy

Számítástechnika

Mit News Magazin

Mesterséges Intelligencia

Tér

Okos Városok

Blockchain

Feature Story

Alumni Profil

Öregdiák Kapcsolat

Mit News Funkció

1865

Az Én Nézetem

77 Mass Ave

Ismerje Meg A Szerzőt

Profilok A Nagylelkűségben

Az Egyetemen Látható

Öregdiák Levelei

Hírek

Mit News Magazine

Választások 2020

Indexszel

A Kupola Alatt

Tűzoltótömlő

Végtelen Történetek

Pandémiás Technológiai Projekt

Az Elnöktől

Fedősztori

Képgaléria

Ajánlott