Los investigadores utilizan la función de dispersión para analizar los patrones de movimiento de E. coli

Investigadores de la Universidad de Innsbruck, en colaboración con varias instituciones internacionales, han descrito los patrones de movimiento de la bacteria Escherichia coli. Para ello, utilizaron una cepa bacteriana diseñada, experimentos microscópicos y funciones complicadas.

Escherichia coli es una de las bacterias más conocidas del mundo. No sólo se encuentra en abundancia en nuestros intestinos, sino que también es el organismo modelo favorito en la investigación. Bajo el microscopio, la bacteria E. coli se puede reconocer como un conjunto de bastones que están siempre en movimiento.

La forma exacta de este movimiento ha sido investigada por varios equipos en un proyecto de investigación internacional. Los científicos cultivaron una nueva cepa de bacteria cuyos movimientos pueden controlarse y compararon datos experimentales con un modelo físico que describe los patrones de movimiento de E. coli durante largos períodos de tiempo. Este modelo fue confirmado por un estudio experimental.

La comparación de experimentos y teorías utilizando una función de dispersión intermedia es un logro de la científica tirolesa Christina Kurzthaler. Este trabajo comenzó como parte de su tesis doctoral en el grupo de investigación de Thomas Franosch en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck.

Kurzthaler es uno de los primeros autores del estudio y ahora dirige su propio grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos de Dresde. Tu trabajo acaba de ser Publicado como elección del editor en Cartas de revisión física.

Nadar y caer

En biofísica, el movimiento de E. coli se describe mediante el modelo de “correr y caer”. Con la ayuda de muchos flagelos pequeños, las bacterias nadan en una dirección determinada. En cierto momento, el movimiento se convierte en un salto mortal y las bacterias cambian de dirección. Este comportamiento característico se conoce desde hace mucho tiempo, pero hasta ahora no se había podido describir con precisión, ya que era casi imposible medir cuánto tiempo nadan las bacterias antes de empezar a girar.

“La bacteria E. coli nada en una solución, lo que significa que se mueve muy rápidamente en el espacio tridimensional. Este movimiento es difícil de medir porque requiere muchos datos”, afirma Kurzthaler. «El seguimiento de bacterias individuales durante un largo período de tiempo requiere mucho tiempo y requiere instrumentos experimentales especiales».

El comportamiento de caída es muy importante para las bacterias. E. coli lo utiliza para buscar alimento o escapar de sustancias tóxicas. «Conocer en detalle este comportamiento abre muchas posibilidades experimentales nuevas», afirma Kurzthaler.

Confirmación a través de la función de dispersión

Para caracterizar con precisión los procesos de movimiento, grupos asociados de instituciones de investigación chinas han desarrollado una cepa modificada de E. coli en la que la frecuencia de caída se puede reducir o aumentar cuando se cultiva en determinadas soluciones químicas.

Un grupo de la Universidad de Edimburgo realizó experimentos con estas bacterias y obtuvo imágenes microscópicas de toda la población bacteriana en varios momentos. A continuación, los investigadores de Innsbruck analizaron los datos recopilados utilizando una función de dispersión intermedia desarrollada por Kurzthaler, que mide indirectamente la distribución de las bacterias en el espacio y el tiempo y proporciona información sobre su dinámica.