Creare modelli della crescita dei batteri

Alcuni batteri vivono in stretto contatto, creando colonie di strutture geometriche complesse. Per far ciò i batteri rilevano il loro ambiente locale e reagiscono secernendo feromoni o altre molecole chemiotattiche. La nostra conoscenza delle dinamiche delle colonie e di ciò che influisce sul comportamento dei batteri a livello macroscopico è limitata.

Utilizzando un approccio di modellizzazione matematica, gli scienziati del progetto BACTERIAL COLONY SIM (“Multiscale modeling and simulation of bacterial colonies”), finanziato dall’UE, hanno cercato di simulare e spiegare il comportamento dei batteri nelle colonie. Il lavoro si è incentrato su un particolare tipo di batteri della famiglia Bacillus, chiamato Paenibacillus. L’obiettivo principale era comprendere in che modo i batteri cooperino e regolino le dinamiche della crescita di milioni di altri membri del ceppo.

Lo studio della crescita batterica è stato suddiviso in tre fasi: la fase di singola cellula, la fase intermedia di “sciame” e la fase macroscopica di colonia. Gli sciami contengono poche migliaia di cellule, e sono considerati l’unità organizzativa di base della crescita batterica.

Per comprendere il comportamento collettivo dei batteri, il consorzio ha sviluppato algoritmi per analizzare il comportamento dello sciame. Ha scoperto un movimento estremamente sincronizzato in risposta a nutrienti, prodotti di scarto, rilevamento ambientale e segnalazione intercellulare. La risposta alle condizioni esterne ha un ruolo  nelle dinamiche dello sciame, permettendo ai batteri di muoversi rapidamente sulle superfici. È stata data particolare enfasi anche al funzionamento dello sciame batterico in condizioni di elevate concentrazioni antibiotiche.

Nel suo insieme l’approccio di modellizzazione di BACTERIAL COLONY SIM ha contribuito a caratterizzare gli schemi e i determinanti della crescita batterica. Le informazioni generate potrebbero formare la base per future strategie antibatteriche mirate a sopprimere la formazione degli sciami.