Avertissement : Cette page est une traduction automatique de cette page à l'origine en anglais. Veuillez noter puisque les traductions sont générées par des machines, pas tous les traduction sera parfaite. Ce site Web et ses pages Web sont destinés à être lus en anglais. Toute traduction de ce site et de ses pages Web peut être imprécis et inexacte, en tout ou en partie. Cette traduction est fournie dans une pratique.

L'étude montre pourquoi les cellules bactériennes se comportent différemment sur différents types de surfaces

Ces résultats des études dans la physique expérimentale et théorique peuvent aider à améliorer les surfaces antibactériennes. Le travail de recherches était récent publié dans le tourillon « Nanoscale ».

Les bactéries de staphylocoque doré sont l'une des la plupart des causes classiques des infections acquises par des patients pendant un séjour dans l'hôpital.

Ces agents pathogènes sont particulièrement problématiques parce qu'ils peuvent former des films biologiques robustes sur les surfaces naturelles et artificielles desquelles il est très difficile les retirer.

Les différentes bactéries dans ces films biologiques sont effectivement protégées contre la crise par des antibiotiques ou par le système immunitaire humain. C'est pourquoi il peut être si dangereux quand ces bactéries colonisent les implants médicaux pendant qu'elles peuvent alors entraîner des infections postopératoires sérieuses. »

Karin Jacobs, professeur, physique expérimentale, université de Sarre

Il est pour cette raison essentiel d'essayer et empêcher ces films biologiques de former en premier lieu.

Cependant, pour pouvoir influencer l'accroissement de film biologique, les chercheurs ont dû comprendre les mécanismes par lesquels les bactéries adhèrent à différents matériaux.

Utilisant un microscope atomique de force de lecture, ils ont appuyé les cellules bactériennes minutieuses sur différents types de surfaces et ont puis déterminé la force requise pour soulever et les cellules adhérées de la surface.

Cette configuration expérimentale a permis aux chercheurs d'enregistrer ce qui sont connus comme courbures de force-distance. 'Nous avons employé les surfaces extrêmement douces de silicium en tant que surfaces modèles. Dans un ensemble d'expériences, les surfaces de silicium ont été préparées de sorte qu'elles aient eu l'eau-mouillabilité élevée ; dans un autre ensemble d'expériences elles ont été traitées pour être hautement hydrophobes.

Nous pouvions prouver que les cellules bactériennes ont adhéré bien plus fortement aux surfaces hydrophobes, desquelles l'eau simplement tombée, que sur les surfaces (eau-mouillables) hydrophiles, 'explique Karin Jacobs.

Mais ce n'est pas simplement l'importance des forces qui diffèrent entre les deux types extérieurs, font tellement aussi les formes des courbures de force-distance (voir le chiffre). « Sur les surfaces hydrophobes, nous voyons les courbures très douces avec une forme caractéristique de cuvette. Sur les surfaces hydrophiles, en revanche, nous observons des courbures de force-distance avec un profil très déchiqueté, » dit professeur Jacobs.

Afin de comprendre ces résultats, la dynamique de ces systèmes complexes ont été modélisées utilisant les simulations de Monte Carlo qui ont été effectuées à l'organisme de recherche abouti par professeur Ludger Santen, professeur de la physique théorique à l'université de Sarre.

Le modèle traite la cellule bactérienne comme sphère rigide et les molécules dans la paroi cellulaire qui attachent la cellule sur la surface en tant que ressorts minutieux. 'Il s'avère qui afin de reproduire les résultats expérimentaux, le rôle joué par la nature (stochastique) faite au hasard du procédé obligatoire moléculaire est plus important qu'essayant d'augmenter la complexité du modèle.

Nous avons maintenant découvert pourquoi les cellules de bactéries se comportent tellement différemment sur différents types de surfaces. Sur les surfaces hydrophobes, un grand nombre de protéines de paroi cellulaire adhèrent à la surface, qui a comme conséquence une force de loi intense et fournit une courbure douce de force-distance, 'explique Ludger Santen.

En revanche, sur une surface hydrophile, bien moins protéines de paroi cellulaire sont impliquées en attachant la bactérie sur la surface. Comme résultat, les bactéries sont jugées moins fortement sur la surface et la forme de la courbure de force-distance est moins d'uniforme.

« La forme déchiquetée des courbures que nous voyons avec les surfaces hydrophiles est provoquée par quelques différentes molécules de paroi cellulaire pendant qu'elles sont tirées de la surface. Puisque moins protéines de paroi cellulaire sont impliquées, les bactéries grippent moins fortement sur les surfaces hydrophiles, » dit Erik Maikranz, qui a effectué les simulations de Monte Carlo en tant qu'élément de son travail doctoral de recherches.

En raison des différentes formes de la force-distance courbe, les physiciens supposent que sur une surface hydrophile moins protéines de paroi cellulaire soient impliquées dans le procédé obligatoire parce que ces molécules d'abord doivent surmonter un barrage potentiel, qui réduit effectivement le nombre de macromolécules de protéine qui peuvent attacher la cellule sur la surface.

« Le barrage potentiel à l'adhérence sur les surfaces hydrophiles est relativement élevé, ainsi seulement quelques unes des protéines de paroi cellulaire peuvent surmonter ce barrage d'énergie dans un moment particulier. Sur les surfaces hydrophobes, cependant, le barrage est négligeablement petit, de sorte que beaucoup de protéines de paroi cellulaire puissent adhérer directement à la surface, » explique M. Christian Spengler, qui a effectué les expériences dans l'étude.

Source:
Journal reference:

Maikranz, E., et al. (2020) Different binding mechanisms of Staphylococcus aureus to hydrophobic and hydrophilic surfaces. Nanoscale. doi.org/10.1039/D0NR03134H.