Isso pode ser observado toda vez que você toma banho:pequenas gotas de água se juntam para formar gotas cada vez maiores - até ficarem tão pesadas que escorrem pela parede. Os cientistas chamam esse fenômeno da vida diária de coalescência - que surpreendentemente também fornece a chave para a compreensão de como as bactérias formam colônias. Pesquisadores da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), o Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) em Erlangen e o Instituto Max Planck para a Física de Sistemas Complexos em Dresden (MPI-PKS) conseguiram agora desenvolver um modelo estatístico para descrever a formação, dinâmica e mecânica de tais conjuntos de células. Eles publicaram seus resultados na prestigiosa revista Cartas de revisão física .

Quando as bactérias conquistam novos territórios, uma de suas primeiras tarefas é se unir e formar colônias microscópicas. Dentro dessas comunidades, os microrganismos são mais bem protegidos contra as forças, antibióticos e outras influências negativas do que indivíduos isolados - e, portanto, mais perigosos para humanos e outros organismos. Isso também se aplica a gonococos (Neisseria gonorrhoeae), que formam aglomerados de células esféricas na pele humana (muco) em poucas horas, consistindo em vários milhares de organismos unicelulares. Essas estruturas são as unidades patogênicas reais, a causa da segunda doença sexualmente transmissível mais comum do mundo, gonorréia.

Como muitas outras bactérias, N. gonorrhoeae tem muito tempo, Móvel, extensões semelhantes a threads. Eles usam esses pili para se agarrar a superfícies e se mover. Os apêndices também interagem entre si e se ligam ativamente para formar colônias. Visto sob o microscópio, este processo se assemelha à coalescência de gotículas de água.

As extensões celulares determinam significativamente as propriedades das colônias bacterianas

Em um projeto conjunto liderado pelo pós-doutorado Dr. Hui-Shun Kuan (FAU), ex-Ph.D. estudante Wolfram Pönisch (agora um pós-doutorado na Universidade de Cambridge), Professor Frank Jülicher (MPI-PKS) e Professor Vasily Zaburdaev, titular da cátedra de Matemática nas Ciências da Vida da FAU e membro do Conselho Científico do MPZPM, desenvolveram uma teoria para descrever esses processos usando métodos da física estatística. Como ponto de partida de seu modelo, eles usam as forças exercidas entre as bactérias por meio dos pili. Desta maneira, eles conseguiram reconstruir matematicamente o desenvolvimento das colônias. O processo é análogo à condensação de um líquido ou à separação de duas fases, como água e óleo. Quando o número de micróbios por unidade de área excede um certo limite, eles se juntam espontaneamente e formam uma gota densa cercada por apenas algumas células individuais.

Essas gotículas de células são viscoelásticas:elas reagem elasticamente à deformação rápida e se movem como um fluido viscoso por longos períodos de tempo. O respectivo comportamento que exibem depende se a rede de pili entrelaçados tem tempo suficiente para se reorganizar. O modelo dos pesquisadores mostra o papel central que essas projeções em forma de fio desempenham na formação de colônias e como determinam suas propriedades mecânicas.

Os resultados podem ser generalizados e também usados ​​para descrever a mecânica e a dinâmica de conjuntos de células densas, como tumores sólidos ou tecidos. A teoria pode, assim, ajudar os médicos a identificar potenciais alvos para retardar ou mesmo impedir a formação de colônias bacterianas ou tumores com novas substâncias ativas.