Số điện thoại: 024 6683 9670
[Vietnamese]
[English]

Nghiên cứu hành vi của vi khuẩn trong chuyển động bằng phương pháp định lượng

25/09/2015

Kỳ 2: Theo dõi nhiều vi khuẩn cùng một lúc.

Các kỹ thuật cổ điển và mới được cập nhật giúp các nhà vi sinh học tiến gần hơn và định lượng được.

Các nhà nghiên cứu: Alexander Fletcher, nhà toán học ứng dụng, Đại học Oxford; Gabriel Rosser, nghiên cứu viên cơ khí dân sự, môi trường và địa chất, Đại học tổng hợp London.

Thách thức: Thông thường, các nhà nghiên cứu theo dõi các chuyển động của từng cá thể vi khuẩn một cách khó khăn. Các theo dõi đơn lẻ đầy đủ có thể mang lại những kết luận về các chuyển động của loài vi khuẩn. Tuy nhiên, các tiến bộ trong xử lý hình ảnh và máy tính hiện nay cho phép chụp và phân tích các dấu vết cùng một lúc. Sau khi một đồng nghiệp tạo ra phương pháp để thu thập hàng trăm dấu vết vi khuẩn chỉ trong một bước – dựa trên một chương trình theo dõi chuyển động dưới biển- Rosser tự hỏi có thể làm gì với tất cả dữ liệu này. Ông nói: “Tôi biết anh ta có một nguồn giá trị, nhưng anh ta không thực sự chắc chắn nên bắt đầu từ đâu”.

PHƯƠNG THỨC CHUYỂN ĐỘNG

Giải pháp: Thay vì chọn một tập hợp con của các dấu vết để phân tích, Rosser và một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Fletcher đã phát triển các thuật toán để có thể lấy tất cả dấu vết, bỏ đi những dấu vết quá lộn xộn hoặc không thể xảy ra và phân tích phần còn lại. “Khi bạn chọn một vi khuẩn, bạn phải hỏi loại sai lệch nào bạn đang tạo ra”, Fletcher nói. Bạn có thể chọn thêm các dấu vết ‘tốt’ – chân thật hơn, dài hơn và dễ dàng hơn để phân tích – hơn là các dấu vết ngắn hơn, quanh co hơn mà vẫn là một phần của chuyển động trung bình của tổng thể. Máy tính đã thực hiện việc lựa chọn đó trong phương pháp của họ.

Rhodobacter sphaeroides bơi bằng cách quay roi duy nhất của nó và nhào lộn bằng cách dừng nó (trung tâm), để roi được nghỉ ngơi.
Rhodobacter sphaeroides bơi bằng cách quay roi duy nhất của nó và nhào lộn bằng cách dừng nó (trung tâm), để roi được nghỉ ngơi.

Họ nghiên cứu Rhodobacter sphaeroides, vi khuẩn bơi tự do hình roi mà dùng một roi đơn để di chuyển, như nhiều vi khuẩn ở dạng lỏng. Vì các sinh vật nhỏ xíu nên những chuyển động Brownian ngẫu nhiên của các phân tử xung quanh giữ chúng khỏi việc đạt được quỹ đạo thẳng. Thay vào đó, chúng sử dụng một chiến lược gọi là “chạy và nhào lộn” mà một vòng xoay hoặc đẩy nhanh của roi khiến vi khuẩn chạy trên một đoạn thẳng ngắn trước khi dừng lại. Sự nhào lộn có lẽ chỉ bị ảnh hưởng bởi sự chen lấn Brownian, làm vi khuẩn xoay trước khi nó có thể chạy lại. Tuy nhiên, bằng việc lấy ra theo toán học các lần chạy và nhào lộn của rất nhiều dấu vết vi khuẩn. Rosser và các cộng sự của ông xác định rằng giai đoạn nhào lộn không phải ngẫu nhiên như từng nghĩ trước đây mà bằng một cách nào đó được dàn xếp bởi vi khuẩn. “Chúng thay đổi góc độ quá nhanh, đó không thể là một quá trình thụ động”, Rosser nói.

Bước đột phá đến sau khi các thuật toán máy tính xử lý dữ liệu từ hai chủng đột biến. Chúng không thể chạy được, nhào lộn tại chỗ và bị vùi dập bởi môi trường của chúng. Các vi khuẩn khác chạy và không bao giờ dừng lại. Hai đột biến cùng theo mô hình hai giai đoạn của vi khuẩn kiểu hoang dại và cách để phân tích các dấu vết.

DIY: Phương pháp phân tích mà Rosser sử dụng cùng với những chỉ dẫn của nó được cung cấp miễn phí và có sẵn để tải về trong báo cáo thông tin bổ sung của họ. Sự theo dõi vi khuẩn thường sử dụng các chương trình chụp hình ảnh có thể được đưa vào các công cụ. Một số ứng dụng Rosser viết để dọn dẹp dữ liệu có thể cần chỉnh sửa tùy thuộc vào loài vi khuẩn nhưng sự phân tích khá tổng quát.

Xem thêm:

Kỳ 1: Phân tích các mẫu vi khuẩn

Kỳ 3: Phát hiện số lượng nhỏ vi khuẩn trong các bệnh lây nhiễm

Kỳ cuối: Đo lường các lực được tạo ra bởi vi khuẩn

Theo www.the-scientist.com