p A bactéria que causa a doença intestinal shigella usa uma toxina que explora uma força física na membrana das células. Embora difícil de bloquear, é possível lutar com nanopartículas explorando a mesma força. p Um grande número de doenças resulta de infecções bacterianas e virais. Esses patógenos conseguem entrar nas células do corpo por várias vias. Um novo estudo liderado conjuntamente pela EPFL agora relata a descoberta de uma rota de infecção até então desconhecida, usada pela bactéria que causa a shigelose, uma doença infecciosa intestinal caracterizada por diarreia com sangue. No mecanismo recém-descoberto, a bactéria Shigella explora uma força genérica criada pelas flutuações da própria membrana plasmática da célula. O trabalho é publicado em ACS Nano .

p O estudo foi realizado por John Ipsen, da University of Southern Denmark, Ludger Johannes no Institut Curie na França e Julian Shillcock na EPFL.

p Normalmente, as células regulam a entrada de material estranho com muita força, para prevenir invasões de patógenos, como bactérias e vírus. Como resultado, os invasores desenvolveram vários mecanismos para superar as barreiras e ganhar entrada nas células.

p Por exemplo, uma via envolve o sequestro da própria maquinaria da célula e induzi-la a internalizar o vírus ou bactéria dentro de uma vesícula que a própria célula produz. Este processo, que é uma das formas regulares pelas quais as células absorvem moléculas grandes, é chamado de "endocitose".

p Os cientistas usaram vários sistemas de vesículas e simulações de computador para estudar um mecanismo de invasão bacteriana que parece ter algumas propriedades únicas. O mecanismo é usado, entre outros, pela bactéria que causa a shigella e que produz um pequeno, proteína rígida chamada toxina Shiga.

p O estudo descobriu que as partículas da toxina Shiga se ligam fortemente a certos lipídios, ou gorduras, na superfície da membrana da célula a ser invadida. Eles então começam a formar aglomerados na membrana, que faz com que a membrana se curve para dentro, criando invaginações em forma de tubo, através do qual as partículas de toxina entram na célula. Uma vez dentro, as toxinas Shiga modificam o mecanismo genético da célula, e a infecção começou.

p Mas a principal descoberta foi que a toxina realmente explora um genérico, força física na membrana da célula para produzir as invaginações. Isso é chamado de "força de Casimir" e foi descrito pela primeira vez como uma força teórica agindo entre dois carregados, paralelo, superfícies condutoras.

p Em termos de biologia, acredita-se que a força Casimir atue entre as proteínas ligadas à membrana nas células, existindo em todas as membranas celulares biológicas fluidas e surgindo apenas quando o patógeno se liga fortemente à superfície da membrana.

p Os pesquisadores propõem que a bactéria Shigella, e outros patógenos, evoluíram para aproveitar a força Casimir que surge da membrana plasmática flutuante para infectar as células. Além disso, porque as gorduras às quais a toxina se liga são usadas pela célula para suas próprias operações, a toxina Shiga não pode ser impedida de entrar sem desativar ou modificar as funções normais da célula.

p Nanopartículas para entrega de drogas

p Mas porque se acredita que a força de Casimir surge para quaisquer nanopartículas fortemente ligadas na superfície da membrana da célula, existe o potencial para a produção de um romance, via baseada em nanopartículas para entrega de drogas. Primeiro, teríamos que ligar as nanopartículas firmemente à superfície da célula onde elas se agruparão. Segundo, as nanopartículas também devem aumentar ligeiramente a curvatura da membrana celular para explorar a força de Casimir e ganhar entrada na célula. Uma vez dentro, eles podem começar a ser benéficos, mudanças defensivas no comportamento da célula.

p "Onde a Natureza liderou na concepção de um meio para os patógenos infectarem as células, nanopartículas fabricadas podem seguir para tratar a disfunção celular, "diz Julian Shillcock.