p Bactérias, transformado em esporos dormentes, pode sobreviver milhões de anos em ambientes extremos, ameaçando a vida humana na forma de intoxicação alimentar e a arma biológica antraz. Mas entender como as bactérias se adaptam a ambientes hostis permaneceu em grande parte um mistério - até agora. p Em um novo estudo, Priya Vashishta, professores da Escola de Engenharia da USC Viterbi, Rajiv K. Kalia e Aiichiro Nakano usaram modelos baseados em computador para identificar mecanismos ou "estratégias" usadas por esporos bacterianos para escapar do ataque de temperaturas extremas, produtos químicos e radiação.

p Usando técnicas matemáticas complexas para examinar esporos em nível molecular, a equipe também determinou as condições ideais para matar bactérias nocivas.

p Vashishta, Kalia e Nakano têm compromissos conjuntos com o Departamento de Ciência da Computação do USC Viterbi, o Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Família Mork, e o Departamento de Física e Astronomia da USC Dornsife.

p "Imagine que os esporos bacterianos são como uma semente com uma cobertura dura que preserva a maquinaria do DNA, "diz Vashishta, o diretor do Collaboratory for Advanced Computing and Simulations da USC.

p Este revestimento duro atua como uma armadura protegendo o esporo. Neste "liofilizado, "estado quase sem vida, os esporos esperam pelas condições certas para florescer em bactérias nocivas.

p Estudos anteriores mostraram que a esterilização por calor úmido pode destruir bactérias causadoras de doenças, mas os mecanismos pelos quais os esporos são mortos por este tratamento não foram totalmente revelados.

p Como tal, otimizar a técnica e garantir a destruição dos esporos bacterianos com qualquer grau de certeza tem sido um desafio para as autoridades de saúde pública e órgãos de defesa.

p Quebrando as defesas bacterianas

p Usando dados de cristalografia de raios-x, os pesquisadores primeiro determinaram os elementos-chave de uma única bactéria - água, ácido e um íon de cálcio. Então, eles usaram um supercomputador para executar centenas de milhares de simulações, controlar a porcentagem de ácido, água e cálcio, e assisti o que aconteceu.

p As simulações revelaram que, dependendo da concentração da água e da temperatura, a água dentro da célula bacteriana se comporta como um sólido, gel ou líquido.

p "Nossos modelos mostraram que os esporos realizam uma espécie de truque de mágica química para se congelar intencionalmente e imobilizar a água em suas células, "diz Nakano, que também tem um compromisso com o Departamento de Ciências Biológicas da USC.

p “As células congeladas não podem ser perturbadas por nenhuma radiação ou processo químico e também protege o DNA, para que os esporos possam continuar a se reproduzir. "

p De acordo com os modelos dos pesquisadores, uma combinação de calor e umidade "descongela" a água dentro da célula, devolvendo-o à forma líquida. Sem esta barreira protetora, o esporo é mais facilmente destruído.

p Os modelos de computador também permitiram aos pesquisadores determinar a temperatura exata e o equilíbrio da água necessários para destruir as bactérias:entre 90-95 graus Celsius com uma concentração de água acima de 30 por cento.

p Esses insights podem ser usados ​​para prevenir a contaminação microbiana em equipamentos de processamento de alimentos e limitar a propagação de doenças no caso de um ataque biológico. E porque o processo depende de calor úmido em vez de processos químicos, a bactéria não deve ser capaz de desenvolver resistência.

p O papel, intitulado "Fase de gel em dipicolinato de cálcio hidratado, " apareceu em Cartas de Física Aplicada .