Uma equipe de pesquisadores da Université Côte d'Azur e do Centre Scientifique de Monaco realizou recentemente um estudo com o objetivo de compreender melhor os padrões de natação próximos à superfície das bactérias. Seu papel, publicado em Física da Natureza , poderia lançar alguma luz sobre como as bactérias exploram as superfícies, como procuram células hospedeiras e como infectam essas células.

As bactérias frequentemente se movem perto da superfície da água ou de substâncias aquosas, o que ocorre por uma série de razões. Primeiro, nutrientes em ambientes aquosos normalmente se acumulam em sua superfície. Além disso, celulas hospedeiras, que são particularmente suscetíveis a serem infectados por bactérias patogênicas também podem ocorrer, ou fazem parte de, uma superfície (ou seja, um tecido celular).

Os pesquisadores têm investigado os padrões de natação próximos à superfície das bactérias há vários anos. Estudos anteriores sugerem que esses padrões são determinados por interações hidrodinâmicas entre as bactérias e a superfície em que estão navegando, que, em última análise, prendem as bactérias em trajetórias circulares suaves que levam à exploração ineficiente da superfície.

A pesquisa física sobre os padrões de natação próximos à superfície das bactérias sugere que uma bactéria individual sente uma atração em direção à superfície, bem como um torque efetivo causado pela rotação do feixe flagelar, o que o força a se mover em círculos. Essa observação bem documentada pode ser explicada por princípios fundamentais da física.

Ao considerar a imagem pintada por essas observações, Contudo, é difícil entender como as bactérias são capazes de sobreviver, já que suas interações hidrodinâmicas próximas à superfície parecem ser um sério obstáculo à sua sobrevivência. O que torna sua resistência em tais circunstâncias desfavoráveis ​​ainda mais intrigante é o fato de que, em termos evolutivos, as bactérias devem ser capazes de explorar facilmente as superfícies para encontrar nutrientes e / ou localizar locais de colonização.

"Ficamos muito intrigados com essas questões e suspeitamos que essa abordagem reducionista da mecânica dos fluidos não poderia ser a história completa, "Fernando Peruani, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Achamos que as bactérias deveriam ser capazes de lidar com essa desvantagem:ficar preso em uma órbita circular certamente não é uma maneira eficiente de explorar uma superfície. Com essa ideia em mente, decidimos estudar como diferentes espécies de bactérias se movem nas superfícies com o objetivo de compreender como a exploração da superfície é realmente realizada. "

O trabalho de Peruani e seus colegas faz parte de um projeto mais amplo que visa compreender melhor como as bactérias patogênicas infectam as células do hospedeiro. Em seu estudo recente, eles usaram microscopia de vídeo e rastrearam bactérias em uma janela de observação relativamente grande, a fim de obter trajetórias bacterianas longas. Posteriormente, eles analisaram as estatísticas dessas trajetórias para observar de perto os padrões de natação próximos à superfície da bactéria.

“As mudanças abruptas na velocidade exibida pela bactéria, que indicava que as bactérias estavam parando intermitentemente, imediatamente nos intrigou, "Peruani disse." Em seguida, analisamos a distribuição de vezes que as bactérias se moviam e não se moviam e entendemos que, se um formalismo de cadeia de Markov fosse usado para descrever os dados, três estados eram necessários. Essa observação desempenhou um papel fundamental em nossa pesquisa. "

Subseqüentemente, os pesquisadores revisitaram os dados que coletaram e analisaram os períodos em que a bactéria havia 'parado'. Eles observaram que as bactérias costumavam estar presas à superfície e girando em torno de uma das pontas do corpo celular.

"A evidência era clara:as bactérias estavam explorando a superfície realizando eventos de adesão transitória, "Peruani disse." O próximo passo foi construir uma teoria para um nadador que tem um estado interno, controlado por uma cadeia de Markov, que adota três valores possíveis, cada um deles associado a uma equação de movimento diferente. Este foi um desafio técnico, mas o esforço valeu a pena. "

A teoria desenvolvida por Peruani e seus colegas permitiu-lhes concluir que a frequência com que as 'paradas' observadas estavam ocorrendo estava longe de ser aleatória. Em vez de impedir a atividade da bactéria, esta frequência parecia maximizar sua exploração de superfície.

O estudo realizado por esta equipe de pesquisadores levou a duas observações muito importantes. Em primeiro lugar, os pesquisadores perceberam que as bactérias usam adesão transitória como um mecanismo para regular a exploração da superfície. Em segundo lugar, eles observaram a existência de uma frequência de parada ideal, que maximiza a exploração da superfície. E. coli enteroheamorrágica (EHEC) e outras bactérias patogênicas parecem ser capazes de ajustar esta frequência para seu valor ideal.

"Essas duas observações fornecem uma melhor compreensão de como as bactérias exploram as superfícies, que é uma etapa necessária para elucidar como eles procuram por células hospedeiras, e como as bactérias os infectam, "Peruani disse." Uma mensagem importante deste estudo é que uma compreensão física de como as bactérias se movem em superfícies não pode ser baseada exclusivamente em interações hidrodinâmicas. As interações de adesão também desempenham um papel crucial. Além disso, é a interação entre a adesão e a atividade do feixe flagelar que permite que as bactérias se reorientem e escapem das armadilhas circulares impostas pelas interações hidrodinâmicas. "

As observações coletadas por Peruani e seus colegas oferecem novos e valiosos insights sobre os bem documentados padrões de natação próximos à superfície das bactérias. Os pesquisadores agora estão planejando novos estudos com o objetivo de compreender como as bactérias patogênicas procuram e infectam as células hospedeiras. Para diferentes espécies de bactérias, eles esperam observar diferentes estratégias de busca e colonização. Contudo, eles também suspeitam que o número de estratégias que observarão será significativamente menor do que o número de espécies existentes de bactérias patogênicas.

"Um quantitativo, compreensão física de infecções bacterianas, que ainda está faltando, pode fornecer dicas sobre como prevenir infecções bacterianas, "Peruani acrescentou." Nosso estudo, por exemplo, indica que a adesão da superfície desempenha um papel crucial na exploração da superfície. Por outro lado, a adesão da superfície depende das adesinas específicas da bactéria, bem como nas propriedades físicas da superfície, e certamente tentaremos pensar em maneiras de modificar essas propriedades físicas. "

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