Um estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Indiana, publicado em 26 de outubro na revista Ciência , relata um novo método para determinar como as bactérias detectam o contato com as superfícies, uma ação que desencadeia a formação de biofilmes - estruturas multicelulares que causam grandes problemas de saúde nas pessoas e ameaçam a infraestrutura crítica, como sistemas de água e esgoto.

Estima-se que os biofilmes contribuam para cerca de 65 por cento das infecções humanas e causam bilhões em custos médicos a cada ano. Eles desempenharam um papel infame nos níveis inseguros de coliformes no abastecimento de água de 21 milhões de americanos no início de 1990 e, mais recentemente, provavelmente desempenhou um papel em vários surtos da doença do legionário em Flint, Michigan. Eles também contribuem regularmente para surtos globais de cólera.

Biofilmes causam sérios danos na indústria, incluindo entupimento de sistemas de filtragem de água ou desaceleração de navios de carga por "incrustação biológica" nos cascos dos veículos, custando cerca de US $ 200 bilhões por ano apenas nos EUA. Existem também biofilmes benéficos, como aqueles que auxiliam na digestão ou ajudam a decompor a matéria orgânica do meio ambiente.

Os pesquisadores, liderado pelo distinto professor de Biologia da IU, Yves Brun, descobriram como as bactérias detectam e aderem às superfícies. Os pesquisadores também descobriram um método para induzir as bactérias a pensar que estão sentindo uma superfície.

A equipe mostrou que as bactérias usam apêndices semelhantes a cabelos ultrafinos, chamados pili, que se estendem da célula e se retraem dinamicamente para sentir e aderir às superfícies e, por fim, produzir biofilmes. Os pili param de se mover depois de sentir uma superfície, após o que a bactéria começa a produzir uma substância extremamente pegajosa, ou "bioadesivo, "que direciona a fixação em superfícies e a formação de biofilme.

Para enganar a bactéria fazendo-a sentir uma superfície, A equipe de Brun anexou uma grande molécula de maleimida ao pili para bloquear efetivamente o movimento das estruturas semelhantes a cabelos.

"É como tentar puxar uma corda com um nó no meio através de um buraco - a molécula de maleimida não pode passar pelo buraco que a célula usa para estender e retrair o pili, "disse Courtney Ellison, o autor principal do estudo e um Ph.D. estudante no laboratório de Brun.

"Esses resultados nos disseram que as bactérias sentem a superfície como um pescador sabe que sua linha está presa debaixo d'água, "Brun acrescentou." É apenas quando enrolam na linha que sentem uma tensão, que diz a eles que sua linha foi capturada. Os pili das bactérias são suas linhas de pesca. "

A descoberta é possível devido ao novo método da equipe para observar como as bactérias usam pili para espalhar biofilmes. Eles realizaram essa observação com corantes de fluorescência habilmente administrados - aplicados nas costas de moléculas menores de maleimida - que revelaram o movimento desses "membros" microscópicos.

"Ao usar corantes fluorescentes para rotular essas estruturas microscópicas, somos capazes de produzir imagens que mostram a primeira evidência direta do papel que os pili desempenham para detectar superfícies, "Brun disse.

A fim de observar o movimento do pili, a equipe da IU teve que superar um desafio:como visualizar as estruturas extremamente delgadas e seus movimentos. Eles fizeram isso substituindo um único aminoácido dentro da cadeia de aminoácidos que compõem o pili por outro aminoácido chamado cisteína. A maleimida, que entregou os corantes fluorescentes às proteínas pili, liga-se à cisteína. A maleimida também é a molécula usada para entregar a molécula grande à cisteína na proteína do pili para bloquear fisicamente o movimento do pili.

"É como acender uma luz em um quarto escuro, "Ellison disse." Pili são compostos de milhares de subunidades de proteínas chamadas pilins, com cada proteína na cadeia composta de aminoácidos dispostos como uma confusão emaranhada de luzes de Natal queimadas. Trocar uma única luz pode iluminar toda a corda. "

Projetar uma molécula de cisteína que pudesse substituir um aminoácido nas pilinas sem afetar o comportamento geral da pili foi um grande desafio, ela adicionou. As bactérias utilizadas no experimento foram Caulobacter crescentus, uma bactéria comumente usada em experimentos de laboratório.

"Também usamos este método neste estudo para visualizar os três tipos de pili produzidos por Vibrio cholerae, uma bactéria que causa cólera, "disse o co-autor do estudo Ankur Dalia, um professor assistente de biologia da IU. "Pili são essenciais para muitos aspectos da virulência do Vibrio, e agora estamos usando essa ferramenta poderosa para entender como eles os usam. "

Próximo, Brun e colegas esperam desvendar mecanismos precisos que ligam o movimento dos pili e a produção bioadesiva, como os dois processos parecem relacionados, mas a natureza exata da conexão permanece desconhecida.

"Quanto mais entendemos sobre a mecânica de pili na formação de biofilme e virulência, mais podemos manipular o processo para evitar danos a pessoas e propriedades, "Brun disse.