Особенности формирования активных сред бактериями Listeria monocytogenes в зависимости от температуры культивирования и вязкости раствора

Под активными средами понимают объекты, состоящие из частиц, способных к перемещению за счет потребляемой ими извне энергии. К ним относят суспензии движущихся бактерий. Установление закономерностей, описывающих поведение активных сред, является необходимым условием создания новых «умных» приборов и материалов, том числе нанодвигателей на основе микроорганизмов. В работе были изучены особенности формирования активной среды бактериями вида Listeria monocytogenes, особенностью которых является наличие двух способов передвижения в зависимости от окружающей температуры. Для этого была определена скорость и траектория движения микроорганизмов, выращенных при 25 ^∘С (имеющих жгутики) и 37 ^∘С (не имеющих жгутиков), а также при увеличении вязкости жидкости. Было показано, что имеющие жгутики листерии осуществляли активное Броуновское движение и формировали типичную активную среду. В отсутствии жгутиков (при культивировании при 37 ^∘С) они утрачивали способность к активному передвижению, и их перемещение в физиологическом растворе соответствовало пассивному Броуновскому движению. Повышение вязкости раствора всего на 5% приводило к снижению скорости перемещения листерий с жгутиками в несколько раз, до скоростей, характерных для неподвижных листерий. Это говорит о возможном адаптационном значении данного феномена в жизненном цикле этого микроорганизма. Полученные данные могут быть использованы для регуляции скорости перемещения микроорганизмов и, значит, для воздействия на параметры активной среды.

Formation of Active matter by Listeria Monocytogenes Bacteria Depending on the Cultivation Temperature and Solution Viscosity

Active matter is considered to be an object consisting of particles capable of moving due to the energy they consume from the environment, for example, suspensions of moving bacteria. The determination of the behavior patterns of active matter is a necessary condition for the creation of new “smart” devices and materials, including nanomotors based on microorganisms. In this work, we studied the peculiarities of the formation of the active matter by the bacteria of the species \textit{Listeria monocytogenes}, which unique feature is the presence of two methods of movement depending on the ambient temperature. In this regard, we obtained the velocity and trajectory of the movements of microorganisms depending on cultivation temperature, as well as the viscosity of the suspension. It was shown that Listeria with flagella (when cultivated at 25$^{\circ}$С ) presented active Brownian motion and formed a typical active medium. In the absence of flagella (when cultivated at 37$^{\circ}$С), they lost the ability to move actively, and their movement in the normal saline corresponded to the passive Brownian movements. A slight increase in the viscosity of the solution by 0,0516 $\mu \cdot 10^{3} $ Pa$\cdot$s resulted in a decrease in the speed of movements of Listeria with flagella to the magnitudes, typical for Listeria without flagella, which indicates a possible adaptation value of this phenomenon in the life cycle of this microorganism. The obtained data can be used to regulate the speed of movement of microorganisms and, therefore, to influence the parameters of the active medium.