Luque-Rioja, ClaraLópez-Menéndez, HoracioCalero, MacarenaCaselli, NiccolòHerráez-Aguilar, DiegoVillaluenga, Juan Pedro G.Monroy, Francisco2026-10-052026-10-052026-01-20Luque-Rioja, C, López-Menéndez, H, Calero, M, Caselli, N, Herráez-Aguilar, D, Villaluenga, J P G & Monroy, F 2026, 'Stochastic motility energetics reveals cooperative bacterial swarming in optical tweezers', Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 123, no. 3, e2515129123. https://doi.org/10.1073/pnas.25151291230027-8424PubMedCentral: PMC12818437https://hdl.handle.net/10641/8455Publisher Copyright: Copyright © 2026 the Author(s). Published by PNAS.El movimiento en manada flagelar bacteriana permite a poblaciones microbianas densas migrar colectivamente sobre superficies, dando lugar frecuentemente a comportamientos emergentes y coordinados. No obstante, explorar la termodinámica subyacente del swarming (movimiento en manada) en el nivel de un solo clúster sigue siendo un reto. Aquí combinamos pinzas ópticas y seguimiento multipartícula dentro de un marco estocástico termodinámico para caracterizar la motilidad activa de conglomerados confinados de Proteus mirabilis. Utilizando el método del momento fotónico para medir directamente las fuerzas de atrapamiento, demostramos que los clústeres en swarming generan flujos persistentes y disipativos indicativos de una motilidad estacionaria fuera del equilibrio dentro de estructuras mesoscópicas solenoidales confinadas. Estas dinámicas rotacionales flagelares rompen el balance detallado en el espacio de fuerzas a escala mesoscópica y superan los límites de la fricción pasiva, como lo evidencian las correlaciones fuerza-velocidad y circulaciones tipo vórtice. Mediante un proceso de suavizado a granel (coarse-graining) de trayectorias grupales en un espacio fase activo browniano, cuantificamos el trabajo realizado por los swarms bacterianos acoplados cooperativamente a fluctuaciones térmicas, dando lugar a corrientes disipativas tipo óhmicas que superan la fuerza de atracción conservadora. Nuestros hallazgos establecen un enfoque generalizable para cuantificar la motilidad colectiva y la disipación energética en clústeres bacterianos activos bajo confinamiento, ofreciendo perspectivas sobre los principios físicos que gobiernan la cooperatividad microbiana. [Traducción automática al español; idioma original: inglés.]Bacterial flagellar swarming enables dense microbial populations to migrate collectively across surfaces, often resulting in emergent, coordinated behaviors. However, probing the underlying energetics of swarming at the single-cluster level remains a challenge. Here, we combine optical tweezers and multiparticle tracking within a stochastic thermodynamic framework to characterize the active motility of confined Proteus mirabilis clusters. Using the photon momentum method to directly measure trapping forces, we show that swarming clusters generate persistent, dissipative flows indicative of nonequilibrium stationary motility within confined solenoidal mesostructures. These flagellar rotational dynamics break detailed balance in mesoscopic force space and exceed the limits of passive friction, as evidenced by force-velocity correlations and vortex-like circulations. By coarse-graining cluster trajectories into an active Brownian phase space, we quantify the work performed by bacterial swarms at cooperative coupling to thermal fluctuations, resulting in dissipative Ohmic-like currents overcoming conservative trapping. Our findings establish a generalizable approach to quantify collective motility and energetic dissipation in active bacterial clusters under confinement, offering insights into the physical principles governing microbial cooperativity.117570023enghttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Brownian stochasticityentropy productionmicrobial swarmingstochastic energeticsMicrobial swarming |Entropy productionStochastic energeticsGeneralJournal ArticleYesjournal articleopen access10.1073/pnas.2515129123https://www.scopus.com/pages/publications/105027705314https://www.scopus.com/pages/publications/105027705314#tab=citedBy