多年來，科幻小說作者一直在寫使用微型游泳體(microswimmers)的想法，這些游泳體可以進行手術或向人類輸送藥物。現在，由明尼蘇達大學雙城分校研究人員領導的一個團隊發現了細菌在不同的複雜液體和環境如人體中遊動的方式。
據了解，這一發現可以幫助科學家開發出新的因細菌引發的疾病的治療方法並設計基於細菌的系統進而將藥物輸送到人體中。
相關研究報告已發表在《自然》上。
明尼蘇達大學對於在水以外的液體中游泳的研究有着悠久的歷史。2004年，時任化學工程和材料科學系教授的Ed Cussler比較了一名有競爭力的大學運動員在水中跟濃稠的瓜爾膠溶液中游泳的速度。這帶來了一個意想不到的發現：人類在瓜爾膠溶液中的游泳速度跟在水中一樣快。
近二十年後，明尼蘇達大學的一個多學科團隊重新審視了這個問題，只不過現在的游泳體變成了微小的細菌而非大學運動員。結果他們發現，細菌在濃稠的溶液中比在水中游得還要快。
“細菌游泳”，正如它在研究界通常被稱為的那樣，自20世紀60年代以來一直被科學家們深入研究。以往的研究發現，細菌在濃稠的聚合物溶液中游得更快，聚合物則是由長鏈狀分子組成的物質。研究人員推測，這是因為細菌可以在鏈狀分子形成的網絡中游泳，並且可以拉伸鏈狀分子以幫助它們推進。
然而在這項新的研究中，馬里蘭大學的研究小組首次研究了細菌如何在小的固體顆粒的溶液而非鏈狀分子中移動。儘管在聚合物和顆粒動力學方面存在巨大差異，但他們發現細菌仍游得更快，這表明對於細菌如何在稠密、複雜的液體中移動必須擁有一個不同的解釋。
對此，馬薩諸塞大學的研究人員可能有了一個答案。他們認為，當細菌遊動時，從顆粒上經過時產生的阻力使它們的鞭毛–或者說細菌為了推動它們前進而旋轉的 “尾巴”–能更好地跟它們的身體對齊進而最終幫助它們更快地移動。
這項研究的論文第一作者、明尼蘇達大學化學工程系研究生、PPG研究獎學金獲得者Shashank KAMDar指出：“自17世紀發明顯微鏡以來，人們一直對細菌的遊動着迷，但直到現在，人們的認識大多局限於像水這樣的簡單液體。但細菌在現實生活中是如何移動的，如通過土壤和它們自己棲息地的液體則仍是一個開放的問題。”
了解細菌如何在複雜、粘稠的環境中移動–人體就是其中之一–將可以幫助科學家設計疾病的治療方法，甚至將細菌作為向人類輸送藥物的容器。
這項研究的論文第一作者、明尼蘇達大學化學工程和材料科學系副教授Xiang Cheng表示：“幾十年來，人們用數種機制來解釋這種現象，但通過這項研究，我們對細菌游過複雜溶液時發生的事情有了統一的認識。而且了解細菌如何在複雜的環境中移動非常重要。比如某種類型的細菌會導致胃潰瘍。胃粘膜是一個粘稠的環境，所以研究細菌如何在這些環境中移動對了解疾病如何傳播很重要。”
“最後，我們都應該向細菌學習，”Cheng補充說道，‘它們不顧反對，繼續前進。”