新研究或找到了细菌在浓稠溶液中游泳速度更快的原因

导读：多年来，科幻小说作者一直在写使用微型游泳体(microswimmers)的想法，这些游泳体可以进行手术或向人类输送药物。

多年来，科幻小说作者一直在写使用微型游泳体(microswimmers)的想法，这些游泳体可以进行手术或向人类输送药物。现在，由明尼苏达大学双城分校研究人员领导的一个团队发现了细菌在不同的复杂液体和环境如人体中游动的方式。

据了解，这一发现可以帮助科学家开发出新的因细菌引发的疾病的治疗方法并设计基于细菌的系统进而将药物输送到人体中。

相关研究报告已发表在《自然》上。

明尼苏达大学对于在水以外的液体中游泳的研究有着悠久的历史。2004年，时任化学工程和材料科学系教授的Ed Cussler比较了一名有竞争力的大学运动员在水中跟浓稠的瓜尔胶溶液中游泳的速度。这带来了一个意想不到的发现：人类在瓜尔胶溶液中的游泳速度跟在水中一样快。

近二十年后，明尼苏达大学的一个多学科团队重新审视了这个问题，只不过现在的游泳体变成了微小的细菌而非大学运动员。结果他们发现，细菌在浓稠的溶液中比在水中游得还要快。

“细菌游泳”，正如它在研究界通常被称为的那样，自20世纪60年代以来一直被科学家们深入研究。以往的研究发现，细菌在浓稠的聚合物溶液中游得更快，聚合物则是由长链状分子组成的物质。研究人员推测，这是因为细菌可以在链状分子形成的网络中游泳，并且可以拉伸链状分子以帮助它们推进。

然而在这项新的研究中，马里兰大学的研究小组首次研究了细菌如何在小的固体颗粒的溶液而非链状分子中移动。尽管在聚合物和颗粒动力学方面存在巨大差异，但他们发现细菌仍游得更快，这表明对于细菌如何在稠密、复杂的液体中移动必须拥有一个不同的解释。

对此，马萨诸塞大学的研究人员可能有了一个答案。他们认为，当细菌游动时，从颗粒上经过时产生的阻力使它们的鞭毛--或者说细菌为了推动它们前进而旋转的 “尾巴”--能更好地跟它们的身体对齐进而最终帮助它们更快地移动。

这项研究的论文第一作者、明尼苏达大学化学工程系研究生、PPG研究奖学金获得者Shashank KAMDar指出：“自17世纪发明显微镜以来，人们一直对细菌的游动着迷，但直到现在，人们的认识大多局限于像水这样的简单液体。但细菌在现实生活中是如何移动的，如通过土壤和它们自己栖息地的液体则仍是一个开放的问题。”

了解细菌如何在复杂、粘稠的环境中移动--人体就是其中之一--将可以帮助科学家设计疾病的治疗方法，甚至将细菌作为向人类输送药物的容器。

这项研究的论文第一作者、明尼苏达大学化学工程和材料科学系副教授Xiang Cheng表示：“几十年来，人们用数种机制来解释这种现象，但通过这项研究，我们对细菌游过复杂溶液时发生的事情有了统一的认识。而且了解细菌如何在复杂的环境中移动非常重要。比如某种类型的细菌会导致胃溃疡。胃粘膜是一个粘稠的环境，所以研究细菌如何在这些环境中移动对了解疾病如何传播很重要。”

“最后，我们都应该向细菌学习，”Cheng补充说道，‘它们不顾反对，继续前进。”