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O estudo mostra porque as pilhas bacterianas se comportam diferentemente em tipos diferentes de superfícies

Estes resultados dos estudos na física experimental e teórica podem ajudar a melhorar superfícies anti-bacterianas. O trabalho de pesquisa foi publicado recentemente no jornal “Nanoscale”.

Estafilococo - as bactérias áureas são uma das causas as mais comuns das infecções adquiridas por pacientes durante uma estada no hospital.

Estes micróbios patogénicos são particularmente problemáticos porque podem formar biofilms robustos nas superfícies naturais e artificiais de que são muito difíceis de remover.

As bactérias individuais dentro destes biofilms são protegidas eficazmente do ataque por antibióticos ou pelo sistema imunitário humano. É por isso pode ser tão perigoso quando estas bactérias colonizam implantes médicos enquanto podem então causar infecções cargo-operativas sérias.”

Karin Jacobs, professor, física experimental, universidade de Saarland

É conseqüentemente crucial tentar e impedir que estes biofilms formem no primeiro lugar.

Contudo, para poder influenciar o crescimento do biofilm, os pesquisadores tiveram que compreender os mecanismos por que as bactérias aderem aos materiais diferentes.

Usando um microscópio atômico da força da exploração, pressionaram as pilhas bacterianas minúsculas em tipos diferentes de superfícies e determinaram então a força necessário levantar as pilhas aderidas da superfície.

Esta configuração experimental permitiu que os pesquisadores gravassem o que são sabidas como curvas da força-distância. 'Nós usamos superfícies extremamente lisas do silicone como o modelo surge. Em um grupo de experiências, as superfícies do silicone foram preparadas de modo que tivessem o água-wettability alto; em um outro grupo de experiências foram tratados para ser altamente hidrofóbicas.

Nós podíamos mostrar que as pilhas bacterianas aderiram distante mais fortemente às superfícies hidrofóbicas, de que a água rolou simplesmente fora, do que nas superfícies (água-wettable) hidrófilas, 'explicamos Karin Jacobs.

Mas não é apenas o valor das forças que diferem entre os dois tipos de superfície, faz tão demasiado as formas das curvas da força-distância (veja a figura). “Nas superfícies hidrofóbicas, nós vemos curvas muito lisas com uma forma característica do copo. Nas superfícies hidrófilas, ao contrário, nós observamos curvas da força-distância com um perfil muito irregular,” diz o professor Jacobs.

A fim compreender estes resultados, a dinâmica destes sistemas complexos foi modelada usando as simulações que foram realizadas no grupo de investigação conduzido pelo professor Ludger Santen, professor de Monte - de Carlo da física teórica na universidade de Saarland.

O modelo trata a pilha bacteriana como uma esfera rígida e as moléculas na parede de pilha esse baraço a pilha à superfície como as molas minúsculas. 'Despeja que a fim reproduzir os resultados experimentais, o papel jogado pela natureza (estocástica) aleatória do processo obrigatório molecular é mais importante do que tentando aumentar a complexidade do modelo.

Nós temos descoberto agora porque as pilhas das bactérias se comportam tão diferentemente em tipos diferentes de superfícies. Em superfícies hidrofóbicas, um grande número proteínas da parede de pilha aderem à superfície, que conduz a uma força obrigatória forte e rende uma curva lisa da força-distância, 'explicam Ludger Santen.

Ao contrário, em uma superfície hidrófila, menos proteínas da parede de pilha são envolvidas distante em tethering a bactéria à superfície. Em conseqüência, as bactérias são guardaradas menos fortemente na superfície e a forma da curva da força-distância é menos uniforme.

“A forma irregular das curvas que nós vemos com superfícies hidrófilas está causada por algumas moléculas individuais da parede de pilha enquanto são puxados da superfície. Porque menos proteínas da parede de pilha são involvidas, as bactérias ligam menos fortemente às superfícies hidrófilas,” diz Erik Maikranz, que realizou as simulações de Monte - de Carlo como parte de seu trabalho de pesquisa doutoral.

Devido às formas diferentes da força-distância curva-se, os físicos supor que isso em uma superfície hidrófila menos proteínas da parede de pilha estão envolvidas no processo obrigatório porque estas moléculas primeiramente têm que superar uma barreira potencial, que reduza eficazmente o número de macromoléculas da proteína que podem baraço a pilha à superfície.

“A barreira potencial à adesão em superfícies hidrófilas é relativamente alta, tão somente algumas das proteínas da parede de pilha pode superar esta barreira de energia em uma estadia particular. Em superfícies hidrofóbicas, contudo, a barreira é insignificante pequena, de modo que muitas proteínas da parede de pilha possam aderir directamente à superfície,” explica o Dr. Cristão Spengler, que executou as experiências no estudo.

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.