细菌在液体中流动有助于预防疾病传播和改善医疗的新发现
明尼苏达大学双城分校领导的研究小组研究了细菌如何在复杂的流体中游动，从而深入了解微生物如何在不同的环境中移动，例如它们的自然栖息地或人体内部。图片来源：明尼苏达大学程研究组
明尼苏达大学的研究人员首次研究了细菌如何在含有小固体颗粒的液体中移动。
多年来，科幻小说作者一直在撰写关于使用微型游泳者进行手术或向人类运送药物的想法。现在，由明尼苏达大学双城研究人员领导的一个团队发现了细菌如何在不同的复杂流体和环境中游动，例如人体。
他们的发现可以帮助科学家开发针对引起细菌的疾病的新疗法，并设计基于细菌的系统以将药物输送到人体中。
该研究发表在世界领先的同行评审、多学科科学期刊《自然》上 。
明尼苏达大学在水以外的液体中游泳的历史悠久。2004 年，时任化学工程与材料科学系教授的 Ed Cussler 比较了一名有竞争力的大学运动员在水中的游泳速度与浓稠的糖浆状瓜尔豆胶溶液的速度。它导致了一个意想不到的发现（以及 IgNobel 奖），即人类在瓜尔豆胶溶液中的游泳速度与在水中一样快。
近二十年后，明尼苏达大学的一个多学科团队重新审视了这个问题，除了游泳者现在是微生物而不是大学运动员。他们发现细菌在浓溶液中的游动速度甚至比在水中更快。
自 1960 年代以来，科学家们一直在深入研究“细菌游泳”，这是研究界众所周知的。先前的研究发现，细菌在厚聚合物溶液中游动得更快，即含有聚合物的液体，聚合物是由长链状分子组成的物质。研究人员推测这是因为细菌可以游过由链分子形成的网络，并且可以拉伸链以帮助它们推进。
然而，在这项新研究中，密歇根大学的团队首次研究了细菌如何在小固体颗粒溶液中移动，而不是通过链状分子。尽管聚合物和粒子动力学存在巨大差异，但他们发现细菌仍然游得更快，这表明对于细菌如何在厚而复杂的流体中移动必须有不同的解释。
密歇根大学的研究人员有一个可能的答案。他们认为，当细菌游泳时，通过粒子产生的阻力使它们的鞭毛——或“尾巴”细菌发生旋转以推动它们向前——更好地与它们的身体对齐，最终帮助它们更快地移动。
新研究：荧光显微镜系统介绍
“自 17 世纪发明显微镜以来，人们一直对细菌的游动着迷，但直到现在，人们的理解大多仅限于像水这样的简单液体，”该论文的第一作者、英国大学的 Shashank Kamdar 解释说。明尼苏达州化学工程研究生，并获得 PPG 研究奖学金。“但关于细菌如何在现实生活中移动，比如通过它们自己栖息地的土壤和液体，这仍然是一个悬而未决的问题。”
了解细菌如何在复杂、粘稠的环境中移动——人体就是其中之一——可以帮助科学家设计疾病治疗方法，甚至将细菌用作向人类输送药物的容器。
“几十年来，人们使用了几种机制来解释这种现象，但通过这项研究，我们对细菌在复杂溶液中游动时会发生什么提供了统一的理解，”该论文的资深作者、副教授向程说在明尼苏达大学化学工程与材料科学系。“了解细菌如何在复杂环境中移动非常重要。例如，某种细菌会导致胃溃疡。胃壁是一个粘性环境，因此研究细菌如何在这些环境中移动对于了解疾病如何传播非常重要。”
“最后，我们都应该向细菌学习，”程补充道。“尽管遭到反对，他们仍继续前进。”