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Bioquímica de bactérias controlada com material insolúvel
Essa descoberta levou a um novo estudo mostrando que certos materiais podem alterar o comportamento bioquímico dos micróbios da superfície que vivem neles, e é o primeiro a mostrar um material insolúvel...
Por Chris Dawson - 10/01/2022


Bactérias P. aeruginosa coradas por Gram (bastões rosa-vermelhos) Crédito: Wikipedia

Trevor Franklin, estudante de doutorado na Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering de Cornell, estava preparando um estudo sobre superfícies anti-incrustantes quando notou algo estranho.

“Eu estava praticando técnicas de cultivo de bactérias em várias superfícies de materiais, incluindo polivinilpiridina”, disse Franklin, “e notei que a Pseudomonas aeruginosa que crescia em polivinilpiridina tinha uma cor diferente de qualquer outra superfície”.

Essa descoberta levou a um novo estudo mostrando que certos materiais podem alterar o comportamento bioquímico dos micróbios da superfície que vivem neles, e é o primeiro a mostrar um material insolúvel que exerce controle sobre os comportamentos bioquímicos das bactérias.

Biofilmes bacterianos – conjuntos de células de bactérias encerradas em uma matriz de biomoléculas – tendem a crescer em qualquer superfície úmida. Como tal, os humanos gastam muito tempo e energia tentando remover ou matar esses filmes de dentes, cascos de navios e implantes médicos, entre muitas outras superfícies. O estudo, publicado na edição impressa de 13 de dezembro da revista Biomacromolecules , abre as portas para novas pesquisas sobre os efeitos de materiais insolúveis na fisiologia do biofilme.

Franklin e Rong Yang, professor assistente de engenharia química e biomolecular e coautor do estudo, projetaram experimentos que mostraram que a polivinilpiridina aumentou a quantidade de ferro superficial acessível à bactéria P. aeruginosa e, dessa forma, reduziu a capacidade da bactéria de causar doença. Os compostos que a P. aeruginosa produz para eliminar o ferro também são responsáveis ​​por sua cor usual. Quando o material de superfície polivinilpiridina torna o ferro prontamente disponível, esses compostos não são necessários e, portanto, a cor usual está ausente.

O biofilme composto de P. aeruginosa cultivado em polivinilpiridina foi duas vezes maior do que o que cresceu em uma placa de comparação não revestida, mas 68% menos virulento para um tipo específico de célula da pele humana. À medida que um biofilme de P. aeruginosa cresce, ele "limpa" o ferro de sua vizinhança e, nesse processo, pode causar toxicidade a outras espécies da área. Uma vez que o revestimento de polivinilpiridina forneceu uma fonte pronta de ferro, o biofilme pode crescer com uma eliminação mínima de ferro e causar menos danos.

Sijin Li, professora assistente de engenharia química e biomolecular, aplicou sua experiência em metabolismo celular para esclarecer os resultados observados. Mais de 4.000 produtos intermediários e finais do metabolismo (metabólitos) existem em P. aeruginosa. Mudanças dinâmicas nos metabólitos presentes refletem as mudanças de comportamento de uma bactéria em resposta a mudanças ambientais , incluindo mudanças desencadeadas por materiais de superfície.

Pode ser difícil traçar o perfil de um número tão grande de metabólitos com rapidez e precisão. Li empregou uma técnica única – metabolômica não direcionada – para permitir aos pesquisadores obter um instantâneo de todos os metabólitos produzidos por P. aeruginosa e identificar os compostos e possíveis mecanismos subjacentes às mudanças comportamentais causadas pelo material da superfície.

"Os micróbios são a forma de vida mais populosa, diversa e onipresente na Terra, por isso é essencial que entendamos como os materiais sintéticos que fabricamos podem mudar o comportamento microbiano", disse Yang. A capacidade de controlar o crescimento e o comportamento dos biofilmes simplesmente manipulando as composições da superfície daria aos engenheiros uma ferramenta importante para complementar os organismos geneticamente modificados existentes, que vêm com preocupações associadas à sua implantação fora do laboratório.

A pesquisa futura de Yang explorará o potencial de aproveitar as interações material-biofilme para aproveitar os biofilmes para uso em biorremediação, produção biotecnológica de bens de consumo e até autoalimentação e autorrenovação de materiais vivos.

 

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