Как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке нескольких направлений науки. Российские физики использовали математический аппарат для описания динамики перемещений штаммов кишечной палочки с разными уровнями патогенности. Как оказалось, различия в их подвижности позволяют с высокой точностью опознавать угрожающую здоровью микрофлору. На основе этих различий учёные планируют разработать экспресс-тесты для определения уровня патогенности бактерий.
Исследования проводили физики из Объединённого института высоких температур, входящего в систему РАН, совместно с Центром Гамалеи и РУДН. В их основу легли замеченные ранее учёными-биологами различия в способах и скорости перемещения, характерные для микроорганизмов, обладающих сходным строением, но по-разному взаимодействующие с организмом человека. Как оказалось, особенности передвижения бактерий непосредственно связаны с их возможностью нападать на человеческие эпителиальные клетки. Ранее биологи считали, что бактерии с одинаковым строением, размерами и чистом жгутиков обладают равными способностями к передвижению, но более пристальные наблюдения показали, что это не так.
Заинтересовавшиеся явлением физики составили математическое описание различий в характере движения микроорганизмов. Полученные результаты могут стать превосходной базой для разработки диагностических тестов. По характеру движения бактерий можно будет за считанные минуты определять уровень патогенности штамма, обнаруженного у больного. Кроме того, математическая модель позволяет определять, насколько микробы чувствительны к распространённым антибиотикам, по характеру изменения их подвижности при контакте с веществом.
Интерес физиков к такой специфической теме, как диагностика бактериальных инфекций, связана с исследованиями активных броуновских частиц. Эти частицы привлекли внимание учёных своей способностью извлекать энергию из окружающей среды и использовать её для собственного перемещения. Исследователи предположили, что эти частицы могут иметь биологическую природу, и обратили своё внимание на перемещение бактерий. Микроорганизмы представляют собой идеальный образец активной броуновской частицы. Они хаотично перемещаются в пространстве используя для этого свои жгутики. Изучение характера этих перемещений привело к возможности создания нового метода экспресс-тестирования пациентов.
