Forskare har funnit att bakteriegrupper sprids snabbare över ytor när individerna inuti dem rör sig långsamt, en upptäckt som kan belysa hur bakterier sprider sig i kroppen under infektioner.

Forskare från University of Sheffield och University of Oxford studerade Pseudomonas aeruginosa, en bakterieart som är ansvarig för dödliga lunginfektioner, som rör sig över ytor med små gripande krokliknande bilagor som kallas pili. Liknar fabeln om sköldpaddan och haren, de fann att bakterier konstruerade för att individuellt röra sig snabbare faktiskt förlorade loppet mot långsammare stammar när de rör sig i tätt packade grupper.

Med hjälp av en kombination av genetik, matematik, och sofistikerade spårningsalgoritmer som samtidigt kan följa tiotusentals cellers rörelse, forskarna visade att kollisioner mellan de snabba bakterierna får dem att rotera vertikalt och fastna.

I kontrast, långsammare celler förblir liggande, så att de kan fortsätta röra sig. De långsammare rörelserna vinner därför loppet till ett nytt territorium, skaffa fler näringsämnen, och i slutändan tävla de snabbare rörliga cellerna. Denna forskning tyder på att bakterier har utvecklats långsamt, återhållsam rörelse för att gynna gruppen som helhet, snarare än enskilda celler.

Resultaten har publicerats i tidskriften Naturfysik .

Dr William Durham, lektor i biologisk fysik vid University of Sheffield, sade:"Vi upplever rutinmässigt rutnät i våra egna liv när vi reser till fots eller i bilar. Dessa trafikstockningar uppstår ofta för att individer har prioriterat sin egen rörelse framför sina grannars. Däremot kan bakterier har utvecklats för att röra sig försiktigt och effektivt i folkmassor, troligtvis för att deras grannar tenderar att vara genetiskt identiska, så det finns ingen intressekonflikt. Bakterier åstadkommer detta genom att röra sig långsammare än sin toppfart. "

För att förstå dessa fenomen, forskarna använde en teori som ursprungligen utvecklades för att studera material som kallas flytande kristaller.

Dr Oliver Meacock, en postdoktor vid University of Sheffield och huvudförfattare till studien, sade:"Flytande kristaller finns överallt runt omkring oss, från smartphone -skärmar till stämningsringar. Även om vi först inte förväntade oss att de matematiska verktygen som utvecklats för att förstå dessa konstgjorda material skulle kunna tillämpas på levande system, våra resultat visar att de också kan belysa de utmaningar som mikrober står inför. "

Mönster för kollektiv rörelse som förekommer i flockar av fåglar och fiskskolor har länge varit en källa till fascination för åskådare. Denna nya forskning visar att liknande spektakulära former av kollektiv rörelse också förekommer i den mikroskopiska världen.