Strom bändigt Bakterien

Tausendstel Millimeter große Bazillen und Coli-Bakterien lassen sich leichter hüten als ein Sack Flöhe. Eine entsprechende Technik hat eine amerikanisch-britische Forschergruppe entwickelt. Mit Hilfe von elektrischem Strom lenken sie die Bewegungsrichtung schwimmfähiger Bakterien und treiben sie zu dichten Schwärmen zusammen.

Zu einem dichten Schwarm zusammengetrieben, schwimmen Bakterien in gut organisierten Wirbeln. Bild: Argonne National Laboratory

Mit dieser Methode gelinge es nicht nur, die Konzentration von Mikroorganismen in winzigen Flüssigkeitsmengen drastisch zu erhöhen, erklärt Andrey Sokolov vom Argonne National Laboratory. “Im Gegensatz zu herkömmlichen Zentrifugiertechniken kann unser neuer Ansatz auch selektiv gesunde Zellen anreichern.” Eine denkbare Anwendung liege in miniaturisierten Kits zum Nachweis von Krankheitserregern.

Sokolov und Kollegen geben eine flüssige Bakterienkultur zwischen vier, in Form eines Karos angeordnete Platindrähte. Dann weiten sie das Karo, sodass der darin aufgespannte Flüssigkeitsfilm gedehnt wird und seine Dicke auf einen Tausendstel Millimeter abnimmt. Schließlich legen die Forscher einen Drahtring in die Mitte des Karos und lassen einen elektrischen Strom zwischen diesem Ring und den Drähten fließen. Das Resultat: Die Bakterien schwimmen in den Ring.

Der Stromfluss führe dazu, dass sich der pH-Wert zwischen Drähten und Ring allmählich verändere, erläutert Sokolov. Bakterien bevorzugten jedoch einen bestimmten Säuregrad in ihrer Umgebung. Daher schwämmen sie entlang des Gradienten von den Drähten weg und sammelten sich im Innern des Rings mit seinem unveränderten pH-Wert an.

Derart zusammengepfercht, bilden die schwimmenden Mikroben regelrechte Wirbel, wie sich auch bei Gruppen von Spermien und Bindegewebszellen beobachtet worden sind. Die neuen Resultate belegen nach Ansicht von Sokolovs Kollegen Ivan Aranson, dass solche Muster nicht auf chemischen Signalen beruhen müssen. Die kollektive Fortbewegung könne allein durch hydrodynamische Kräfte organisiert werden – gewissermaßen durch die Bugwellen der nächsten Nachbarn.

Forschung: Igor S. Aranson und Andrey Sokolov, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois; John O. Kessler und Raymond E. Goldstein, Department of Physics, University of Arizona, Tucson, und Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge

Veröffentlichung Physical Review E, Vol. 75, Artikel 040901, DOI 10.1103/PhysRevE.75.040901, und Physical Review Letters, Vol. 98, Artikel 158102, DOI 10.1103/PhysRevLett.98.158102

WWW:
Superconductivity and Magnetism Group, Argonne National Laboratory
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