Według naukowców z Uniwersytetu Duke'a, kuchenne gąbki do zmywania naczyń są lepszym inkubatorem dla różnorodnych bakterii, niż laboratoryjna szalka Petriego. Ale nie tylko uwięzione resztki jedzenia w myjce sprawiają, że mikroby są tak produktywne. W grę wchodzi również struktura samej gąbki.
W serii eksperymentów naukowcy sprawdzali, jak różne gatunki drobnoustrojów mogą wzajemnie wpływać na dynamikę populacji w zależności od czynników środowiskowych. Niektóre bakterie dobrze rozwijają się w zróżnicowanej społeczności, podczas gdy inne wolą samotną egzystencję. Środowisko fizyczne, które pozwala na najlepszy rozwój, zapewnia też największą różnorodność biologiczną. Okazało się, że tego rodzaju optymalne mieszane środowisko zapewnia gleba oraz… gąbka kuchenna.
Uczeni są zdania, że ich wyniki dotyczące środowiska strukturalnego najlepszego dla rozwoju bakterii, powinny być brane pod uwagę przez branże, które wykorzystują drobnoustroje do wykonywania chociażby zadań związanych z oczyszczaniem.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Chemical Biology” (DOI: 10.1038/s41589-021-00961-w).
- Bakterie są jak ludzie podczas pandemii. Niektórym trudno jest żyć w izolacji, podczas gdy inne świetnie sobie radzą – tłumaczy Lingchong You, profesor inżynierii biomedycznej w Duke. - Wykazaliśmy, że w złożonej społeczności, w której występują interakcje między gatunkami, istnieje pośredni stopień integracji, który maksymalizuje ogólną koegzystencję – mówi.
Społeczności mikroorganizmów mieszają się w różnym stopniu w całej przyrodzie. Gleba zapewnia wiele zakamarków, w których różne populacje mogą się rozwijać bez większej interakcji z sąsiadami. Ale kiedy ludzie łączą wiele gatunków bakterii w pozbawioną struktury papkę, aby produkować towary takie jak alkohol, biopaliwa i leki, to zazwyczaj dzieje się to bez przemyślenia struktury, w jakiej mogłyby przebywać drobnoustroje. W swoich eksperymentach You i jego współpracownicy pokazują, że takie strukturalne podejście do produkcji mogłoby być lepsze.
Badacze oznaczyli około 80 różnych szczepów bakterii E. coli, dzięki czemu mogli śledzić wzrost ich populacji. Następnie wymieszali bakterie w różnych kombinacjach na laboratoryjnych płytkach wzrostowych o różnej strukturze i szerokim zakresie potencjalnych przestrzeni życiowych - od sześciu dużych do 1536 małych „dołków”. Duże „studzienki” przypominały środowiska, w których gatunki drobnoustrojów mogą się swobodnie mieszać, natomiast małe imitowały miejsca, w których gatunki mogą się trzymać osobno.
Niezależnie od wielkości środowiska, wyniki były takie same. Małe struktury, w których na początku znajdowała się garstka gatunków, przekształcały się w zbiorowiska, w których przetrwał tylko jeden lub dwa szczepy. Podobnie duże „studnie”, w których na początku występowała szeroka różnorodność biologiczna, również kończyły eksperyment z jednym lub dwoma gatunkami.
- Małe porcjowanie gatunków zaszkodziło tym, których przetrwanie zależy od interakcji z innymi gatunkami, podczas gdy duże porcjowanie wyeliminowało samotników, którzy cierpią z powodu tych interakcji – mówi You. - Natomiast porcjowanie pośrednie pozwoliło na maksymalną różnorodność gatunków, które przeżyły w społeczności mikrobiologicznej - dodaje.
You przekonuje, że wyniki jego badań tworzą ramy dla naukowców pracujących z różnorodnymi społecznościami bakteryjnymi. Jego zdaniem powinni oni zacząć testować, jakie środowiska strukturalne mogą być najlepsze dla ich celów.
Badania wskazują również, że gąbka kuchenna jest użytecznym siedliskiem dla mikrobów. Naśladuje ona bowiem różne stopnie separacji występujące w zdrowej glebie, zapewniając różne warstwy w połączeniu z różnymi rozmiarami wspólnych przestrzeni.
Aby to udowodnić, badacze przeprowadzili eksperyment ze zwykłą gąbką kuchenną. Wyniki pokazały, że jest ona jeszcze lepszym inkubatorem różnorodności mikrobiologicznej niż jakikolwiek sprzęt laboratoryjny, który testowali.
- Okazuje się, że gąbka jest bardzo prostym sposobem na wprowadzenie wielopoziomowego porcjowania w celu wzmocnienia całej społeczności mikrobiologicznej - mówi You. - Może właśnie dlatego jest to naprawdę brudna rzecz. Struktura gąbki stanowi idealne miejsce dla mikrobów – dodaje badacz.
Źródło: Duke University, fot. MaxPixel
