Гипотеза о роли голодания по питательным веществам в отрыве биоплёнки

Для изучения роли голодания по питательным веществам как потенциального триггера отрыва биоплёнки был использован комплекс экспериментальных и теоретических подходов. Экспериментальные наблюдения отрыва в различных системах биоплёнок проводили на чистых культурах Pseudomonas aeruginosa. Эти наблюдения показали, что биоплёнки, выращенные в условиях непрерывного потока, отделялись после остановки потока, что в биоплёнках, выращенных в проточных ячейках, иногда наблюдались полые клеточные кластеры, а во внутренних слоях колониальных биоплёнок были заметны лизированные клетки. Когда биоплёнки подвергали голоданию по питательным веществам в условиях непрерывного потока, отрыв всё равно происходил, что указывает на то, что в данной системе именно голодание, а не накопление продукта метаболизма служило причиной запуска отрыва. Для изучения механизма отрыва, зависящего от голодания, была использована компьютерная модель динамики биоплёнки на основе клеточных автоматов. Модель предсказывала структуры и динамику биоплёнок, качественно сходные с наблюдавшимися экспериментально. К предсказанным особенностям относились центрально расположенные пустоты, возникающие в достаточно крупных клеточных кластерах, градиенты скорости роста внутри этих кластеров и высвобождение большей части биоплёнки при моделировании условий остановленного потока. Модель также позволила предсказать отслаивание биоплёнки, происходящее исключительно вследствие этого механизма отрыва. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что голодание по питательным веществам является средовым сигналом, инициирующим высвобождение микроорганизмов из биоплёнки.