När du bara är en av biljoner, det kan vara svårt att komma framåt. Det är problemet som vattenlevande bakterien Leptothrix cholodnii står inför, som ofta finns i de slemliknande mikrobiella mattorna som är vanliga för mineralrika vattendrag. Därför, att etablera sig i dessa samhällen, L. cholodnii bildar långa, styva filament som blir en integrerad del av strukturen hos den mikrobiella mattan.

I en studie som publicerades förra veckan i ACS Nano , ett team ledd av forskare från University of Tsukuba använde mikrofluidkamrar för att möjliggöra visualisering av L. cholodnii och studera nanofibrillers bidrag till filamentbildning. En djupare förståelse av denna process kan hjälpa forskare att göra betydande framsteg i användningen av mantelbildande bakterier för processer som utvecklingen av nya amorfa järnoxider för litiumjonbatterianoder och industriell skörd av pigment och tungmetaller.

L. cholodnii-filament består av cellkedjor som ursprungligen omges av ett mjukt hölje av tusentals små sammanflätade hårliknande strukturer som kallas nanofibriller. Under filamentbildning, bakterierna frisätter proteiner som oxiderar järn och mangan i vattnet, producerar metalloxider som ackumuleras i nanofibriller, får dem att stelna till ett mikrorör. Nanofibrillerna kan också innehålla ädelmetaller som guld, silver, titan, och zirkonium. Dock, den exakta rollen av nanofibriller i filamentbildning är inte känd.

"Eftersom mikrobiella mattor ofta finns på bäckar, vi använde mikrofluidkammare för att replikera det rinnande vattnet som finns på dessa platser, " förklarar huvudförfattaren till studien Tatsuki Kunoh. "Vi tillät individuella celler att passera in i kamrarna och använde sedan time-lapse och intermittent fluorescerande påfrestning av nanofibriller och atmosfärisk svepelektronmikroskopi för att undersöka beteendet hos enskilda celler och de utvecklande flercelliga filamenten. "

Forskarna visade att nanofibriller är nödvändiga för bakteriecellsfästning på fasta ytor, som krävs för filamentbildning. Bekräftar denna observation, variant "slidlösa" L. cholodnii celler, som inte producerade nanofibriller, vandrade runt i kamrarna under hela experimentet, inte kan fästa eller bilda en filament.

"Genom att fluorescerande färga nanofibrillerna, vi kunde övervaka deras fördelning på bakteriecellens yta, " säger Dr Kunoh. "Intressant nog, positioneringen av nanofibrillerna verkade diktera riktningen för filamentförlängningen - under ensidig förlängning, nanofibriller samlades kring cellens icke-delande ände, under bilateral förlängning, nanofibriller fanns bara runt den centrala delen av cellen."

Forskarna observerade också att nanofibriller var tätt vävda runt de mogna delarna av de växande filamenten men bildade en mer öppen banliknande struktur runt de nyuppdelade cellerna.

Dessa nya insikter om nanofibrillers roll i utvecklingen av filament skulle kunna göra det möjligt för forskare att skräddarsy L cholodnii för användning i industriella tillämpningar som bioremediering, utvinning av tunga och ädla metaller, och tillverkning av mikrotråd.