I ricercatori della TU Delft hanno scoperto che i batteri E. coli possono sincronizzare i loro movimenti, creando ordine in sistemi biologici apparentemente casuali. Intrappolando i singoli batteri in cavità circolari microingegnerizzate e accoppiando queste cavità attraverso canali stretti, il team ha osservato il movimento batterico coordinato. I loro risultati, che hanno potenziali applicazioni nell’ingegneria delle reti di oscillatori biologici controllabili, sono stati recentemente pubblicati su Piccolo.
Un pubblico che applaude a ritmo, lucciole che lampeggiano all’unisono o stormi di storni che si muovono all’unisono: la sincronizzazione è un fenomeno naturale osservato attraverso diversi sistemi e scale. Descritta per la prima volta da Christiaan Huygens nel XVII secolo, la sincronizzazione era notoriamente illustrata dall’oscillazione allineata dei suoi orologi a pendolo. Ora, i ricercatori della TU Delft hanno dimostrato che anche i batteri E. coli – organismi unicellulari lunghi solo pochi micrometri – possono mostrare questo stesso fenomeno.
“Questo è stato un momento straordinario per il nostro team”, ha affermato Farbod Alijani, professore associato presso la Facoltà di Ingegneria Meccanica. “Vedere i batteri ‘danzare in sincronia’ non solo mette in mostra la bellezza della natura, ma approfondisce anche la nostra comprensione delle origini microscopiche dell’autorganizzazione tra i più piccoli organismi viventi.”
Movimento sincronizzato
Il team di Alijani, insieme al professore della TU Delft Cees Dekker e allo spin-off della TU Delft SoundCell, ha raggiunto questo obiettivo utilizzando microcavità progettate con precisione che intrappolano singole cellule di E. coli da una popolazione in massa. All’interno di queste cavità circolari, i batteri iniziarono a mostrare un movimento rotatorio simile a quello degli orologi a pendolo. Collegando due di queste cavità con un minuscolo canale, i ricercatori hanno osservato che dopo qualche tempo i due batteri cominciavano a sincronizzare i loro movimenti.
“Questa sincronizzazione avviene a causa delle interazioni idrodinamiche indotte dal movimento dei batteri nel sistema accoppiato”, spiega Alijani. Il team ha quantificato questa forza di accoppiamento e ha scoperto che il movimento coordinato dei batteri aderiva alle regole matematiche universali di sincronizzazione.
Verso una rete di movimento coordinato
I risultati sono molto promettenti e aprono la strada alla progettazione di microstrumenti in grado di indurre oscillazioni controllate e sincronizzazione nei sistemi batterici. Tali strumenti potrebbero aiutare gli scienziati a studiare la motilità e la coordinazione batterica in ambienti confinati, fornendo una migliore comprensione della materia attiva microbica.
Il team sta ora esplorando sistemi più complessi accoppiando più cavità per formare reti di batteri sincronizzati. “Vogliamo scoprire come si comportano queste reti e se possiamo progettare movimenti dinamici ancora più sofisticati”, aggiunge Alijani.
Possibilità di screening farmacologico
Sebbene questa ricerca sia principalmente fondamentale, le sue potenziali applicazioni sono di ampia portata. “Ciò potrebbe anche fornire un nuovo approccio allo screening dei farmaci, ad esempio, misurando i cambiamenti nel flusso dei fluidi e le forze causate dal movimento batterico prima e dopo la somministrazione di antibiotici”, suggerisce Alijani.
Lo studio è stato ispirato da un lavoro precedente in cui il team di Alijani ha registrato il primo suono in assoluto di un singolo batterio utilizzando un tamburo di grafene. “Eravamo curiosi di poter fare un ulteriore passo avanti e creare ordine tra le oscillazioni caotiche che abbiamo osservato”, afferma Alijani. Con questo studio sono passati dalla registrazione della colonna sonora di un singolo batterio all’orchestrazione del loro “tango”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
