Cuando pequeños microbios se atascan como fanáticos que salen de un estadio de béisbol, pueden causar un daño real.
La Universidad de California, Berkeley, los físicos descubrieron esto de la manera difícil cuando las células de levadura del panadero Saccharomyces cerevisiae estaban estudiando multiplicados tan prolíficamente que estallaron en la pequeña cámara en la que estaban siendo criados.
Cuando el compañero postdoctoral de UC Berkeley, Morgan Delarue, midió la fuerza que ejercía la creciente masa de células cuando se empujaban una contra la otra, calculó que puede ser casi cinco veces mayor que la presión en un neumático de automóvil, aproximadamente 150 psi, o 10veces la presión atmosférica.
Esto es más que una observación extraña, dijo Oskar Hallatschek, profesor asistente de física de UC Berkeley y líder del equipo. La levadura en ciernes u otras células vivas, que se dividen en dos y crecen exponencialmente en número, bien pueden generar tales mecanismos mecánicosfuerzas para alterar su entorno, posiblemente de manera perjudicial. Esto puede ser aún más importante para células como la levadura que no pueden moverse.
"Nuestros resultados sugieren que el atasco autoimpulsado y la acumulación de grandes presiones es una tendencia natural de la proliferación de las células, y puede estar contribuyendo a la patogénesis microbiana y la bioincrustación", dijo. La bioincrustación es cuando las bacterias u otros organismos crecen tan prolíficamentepara interferir con el funcionamiento de la maquinaria, como sucede en las bombas de agua.
De hecho, cuando el estudiante graduado Jörn Hartung cultivó levadura en un gel, descubrió que dividieron el gel, un posible ejemplo de cómo podrían crear grietas en rocas o partículas de tierra.
"El mecanismo que permite que estas poblaciones de células generen tales fuerzas podría ser relevante para la remodelación del microambiente", dijo Hallatschek. "Si está limitado, tal vez sea bueno poder romper el material y cambiar el tamaño de los poros en elambiente."
Hallatschek, Delarue, Hartung y sus colegas de UC Berkeley y el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, Alemania, informaron sus hallazgos esta semana en la revista Física de la naturaleza .
En un comentario en el mismo número de la revista, los físicos Shreyas Gokhale y Jeff Gore del Instituto de Tecnología de Massachusetts escribieron que el trabajo puede "demostrar ser el punto de partida para una nueva clase de experimentos en la interfaz de física y biología"
avalanchas microbianas
Hallatschek estaba explorando las consecuencias de las limitaciones de espacio en la biofísica de los microbios, y desarrolló un biorreactor microfluídico de 30 micras de ancho, aproximadamente una milésima de pulgada, en el que podía cultivar células de levadura y controlar el grado de confinamiento.
Sus experimentos mostraron que cuando los microbios crecen en canales estrechos, tienden a atascarse y despegarse como granos de arena que fluyen por una tolva o dulces desde una máquina de chicles. El resultado es un flujo intermitente caracterizado por paros y avalanchas.
"La gente ha visto la arena que fluye por una tolva y observa un flujo muy desigual como hemos observado aquí", dijo. "Esto se debe a la formación de cadenas de fuerza que forman un puente que retiene el flujo de arena paraun momento. Cuando uno de los puentes se rompe, la arena fluye de nuevo. Así que obtienes una serie de avalanchas de parar y seguir ".
Como consecuencia de este atasco autoinfligido, los microbios pueden generar presiones de contacto mecánico de hasta 1 megapascal: lo suficientemente grande como para tensar o incluso romper la cavidad de confinamiento.
El equipo de Hallatschek está simulando computacionalmente el crecimiento de células de levadura computacionalmente, usando arena que fluye y "prolifera" como su modelo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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