Det er altid en god hårdag for Leptothrix cholodnii

Når du kun er en af ​​billioner, det kan være svært at komme videre. Det er problemet for vandbakterien Leptothrix cholodnii, som ofte findes i de slimlignende mikrobielle måtter, der er fælles for mineralrige vandmasser. Derfor, at etablere sig i disse samfund, L. cholodnii danner lange, stive filamenter, der bliver en integreret del af strukturen af ​​den mikrobielle måtte.

I en undersøgelse offentliggjort i sidste uge i ACS Nano , et hold ledet af forskere fra University of Tsukuba brugte mikrofluidkamre til at muliggøre visualisering af L. cholodnii og studere nanofibrillers bidrag til filamentdannelse. En dybere forståelse af denne proces kan hjælpe forskere med at gøre betydelige fremskridt i brugen af ​​kappedannende bakterier til processer såsom udvikling af nye amorfe jernoxider til lithium-ion batterianoder og industriel høst af pigmenter og tungmetaller.

L. cholodnii filamenter er sammensat af kæder af celler oprindeligt omgivet af en blød kappe lavet af tusindvis af små sammenflettede hårlignende strukturer kaldet nanofibriller. Under filamentdannelse, bakterierne frigiver proteiner, der oxiderer jern og mangan i vandet, producerer metaloxider, der akkumuleres i nanofibrillerne, får dem til at hærde til et mikrorør. Nanofibrillerne kan også inkorporere ædelmetaller som guld, sølv, titanium, og zirconium. Imidlertid, den nøjagtige rolle af nanofibriller i filamentdannelse er ikke kendt.

"Fordi mikrobielle måtter ofte findes på vandløbsbede, vi brugte mikrofluidkamre til at kopiere det rindende vand fundet på disse steder, " forklarer hovedforfatter af undersøgelsen Tatsuki Kunoh. "Vi tillod individuelle celler at passere ind i kamrene og brugte derefter time-lapse og intermitterende fluorescerende belastning af nanofibriller og atmosfærisk scanning elektronmikroskopi til at undersøge adfærden af ​​individuelle celler og de udviklende multicellulære filamenter. "

Forskerne viste, at nanofibriller er afgørende for bakteriel cellebinding til faste overflader, som er nødvendig for filamentdannelse. Bekræftelse af denne observation, variant "skedeløse" L. cholodnii celler, som ikke producerede nanofibriller, strejfede rundt i kamrene under hele eksperimentet, ude af stand til at vedhæfte eller danne en filament.

"Ved at farve nanofibriller fluorescerende, vi kunne overvåge deres fordeling på bakteriecelleoverfladen, " siger Dr. Kunoh. "Interessant nok, placeringen af ​​nanofibrillerne syntes at diktere retningen af ​​filamentforlængelsen - under ensidig forlængelse, nanofibriller blev samlet omkring den ikke-delende ende af cellen, mens i bilateral forlængelse, nanofibriller var kun til stede omkring den centrale del af cellen."

Forskerne observerede også, at nanofibriller var tæt vævet omkring de modne sektioner af de voksende filamenter, men dannede en mere åben netlignende struktur omkring de nyligt delte celler.

Disse nye indsigter i nanofibrillernes rolle i udviklingen af ​​filamenter kan gøre det muligt for forskere at skræddersy L cholodnii til brug i industrielle applikationer såsom bioremediering, udvinding af tunge og ædle metaller, og mikrotrådsfremstilling.