p Sob a ameaça de ser esfregado com desinfetante, bactérias individuais podem melhorar suas chances de sobrevivência, juntando-se para formar colônias, chamados biofilmes. O que Arnold Mathijssen, pós-doutorado em bioengenharia na Universidade de Stanford, O que queria entender era como os biofilmes estacionários encontram comida depois de devorar os nutrientes próximos. p Liderando uma equipe internacional de pesquisadores na criação de simulações de como os fluidos se movem, Mathijssen descobriu que bactérias e biofilmes individuais podem gerar correntes fortes o suficiente para atrair nutrientes distantes.

p Em seu trabalho, publicado em 11 de dezembro em Cartas de revisão física , os pesquisadores foram capazes de encontrar padrões previsíveis de como os fluidos se movem com base nas formas gerais dos biofilmes, percepções que podem encontrar aplicações em muitos campos.

p “Há uma universalidade muito forte nas propriedades físicas da micro-hidrodinâmica, "disse Mathijssen, que trabalha no laboratório de Manu Prakash, professor associado de bioengenharia. "Já falamos sobre bactérias, mas poderíamos substituir a palavra 'organismo' por 'micro-robô' e a física seria exatamente a mesma."

p Começando simples

p Quando as bactérias se movem, eles perturbam os líquidos que os circundam no mundo microscópico. Os pesquisadores exploraram a força desse distúrbio em uma única bactéria que se move de maneira semelhante a muitas espécies patogênicas, incluindo aqueles que causam gastrite e cólera. Eles descobriram que, à medida que esta bactéria nada para frente, ele cria uma corrente minúscula, mas estável no líquido circundante, com o fluido movendo-se em direção ao seu centro e para longe da cabeça e da cauda.

p Então, eles calcularam os fluxos produzidos por uma colônia de bactérias arranjadas aleatoriamente e ficaram surpresos ao ver que criou um forte, maré consistente capaz de puxar nutrientes. Isso ocorreu independentemente da orientação de cada bactéria, desde que a colônia fosse mais espessa em algumas áreas do que outras, o que faz com que o fluido se mova de pontos altos para pontos baixos. Simulações de bactérias mais ordenadas resultaram em uma circulação ainda mais forte.

p Dentro de biofilmes organizados, os pesquisadores encontraram dois padrões comuns de movimento:vórtices e ásteres. Em um padrão de vórtice, as bactérias se movem em círculos concêntricos e produzem um fluxo que leva os nutrientes para o centro do biofilme e, em seguida, empurra o fluido para os lados. Em um padrão de áster, as bactérias se movem em direção a um ponto central, criando um fluxo que se move da borda do biofilme até subir de volta, sobre o centro.

p "O poderoso nisso tudo é que você pode adicionar esses padrões, "Mathijssen disse." Em vez de ter que saber a posição e orientação de cada bactéria, você só precisa conhecer os padrões básicos que constituem a colônia e, então, é muito fácil derivar o fluxo geral de transporte. "

p Os pesquisadores foram capazes de combinar padrões de vórtice e aster em um único biofilme para determinar como a bactéria iria empurrar, puxe e gire os fluidos ao redor deles. Como um teste final, os pesquisadores fizeram cálculos representando o complexo, movimento realista do enxame de bactérias - como fariam na superfície de uma mesa - e previu a força do fluxo de transporte desse enxame. O resultado foram grandes vórtices que abrangeram distâncias além dos limites do biofilme, adequado para manter a colônia alimentada.

p Vendo o que está escondido

p Este trabalho começou com uma simples curiosidade sobre o fluxo invisível de fluidos em torno das bactérias. Mas o que os pesquisadores descobriram pode ser bastante prático - orientar maneiras de cortar a fonte de alimento de um biofilme infeccioso, por exemplo. O que mais, porque leva em consideração apenas as formas e o movimento de uma bactéria, a pesquisa também pode ser aplicada a objetos inanimados, como mecanismos de liberação de drogas sintéticas ou micro-robôs.

p "Isso começou como um problema relativamente fundamental, mas acabou se tornando mais relevante para aplicações biomédicas do que teríamos previsto, "Mathijssen disse." Isso é o que me excita:acabamos de topar com uma ideia que, por curiosidade, nos levou a uma direção muito diferente daquela de onde começamos e o que descobrimos tem muito potencial. "