p Os cientistas mostraram como as bactérias aderem a superfícies ásperas em nível microscópico. Agora, uma equipe de pesquisadores descobriu que a análise precisa da composição topográfica de superfícies nanoestruturadas fornece um meio direto de derivar as forças adesivas que ligam as bactérias a uma superfície. Esta descoberta abriu novos caminhos promissores de pesquisa, incluindo formas de combater as bactérias que são tão perigosas em ambientes clínicos. Os resultados foram publicados na revista acadêmica Nanoescala . p A bactéria Staphylococcus aureus é uma das principais causas de infecções hospitalares. Esses patógenos são particularmente problemáticos porque podem formar biofilmes altamente robustos em superfícies naturais e artificiais e são muito difíceis de remover. O biofilme protege eficazmente as bactérias individuais do ataque de outras substâncias, como antibióticos, tornando-os muito difíceis de tratar. Uma abordagem é, portanto, tentar impedir a formação de biofilmes em primeiro lugar. Mas, para poder influenciar o crescimento do biofilme, os pesquisadores precisam entender os mecanismos pelos quais as bactérias aderem a diferentes tipos de materiais. Superfícies como maçanetas ou implantes médicos têm topografias em nanoescala e são amplamente utilizadas em ambientes hospitalares. Sob o microscópio, essas superfícies aparentemente lisas aparecem como ásperas, paisagens irregulares de montanhas e vales.

p Em um estudo anterior, a equipe da Saarland University, liderado pelo físico experimental Professor Karin Jacobs e o microbiologista Professor Markus Bischoff, descobriram que a bactéria aderiu a superfícies sólidas por um mecanismo no qual numerosas moléculas individuais na parede celular bacteriana ficam presas à superfície. As dimensões dessas moléculas de amarração variam devido às flutuações térmicas que podem induzir mudanças de comprimento em torno de 50 nanômetros.

p Em seu estudo mais recente, os cientistas realizaram um exame detalhado de como a força adesiva de moléculas individuais depende da topografia da superfície do substrato. A equipe de pesquisa preparou superfícies de silício exibindo nanoestruturas de tamanhos diferentes, mas da mesma ordem de magnitude que as moléculas de amarração na parede celular.

p Eles então mediram as forças com as quais as células bacterianas individuais aderiram às superfícies nanoestruturadas. Esses experimentos mostraram que as forças adesivas diminuíram com o aumento do tamanho das nanoestruturas. Enquanto o trabalho experimental estava sendo realizado, o matemático Michael A. Klatt do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (agora na Universidade de Princeton) realizou uma análise muito precisa dos substratos de silício e quantificou as geometrias da superfície usando medidas matemáticas específicas de forma chamadas funcionais de Minkowski. O procedimento é conhecido como 'morfometria'.

p Trabalhando juntos, as equipes foram capazes de mostrar que a magnitude da força adesiva determinada experimentalmente pode ser explicada usando parâmetros geométricos da análise morfométrica. Simplificando, se a rugosidade da superfície aumentar, muitos dos 'vales' na superfície não estão mais disponíveis como locais de adesão, pois agora são mais profundos do que o comprimento das moléculas flutuantes. Há, portanto, uma redução correspondente na força adesiva entre as células bacterianas e a superfície.

p Este é um resultado importante, pois sugere que otimizar a topografia nanoestruturada de uma superfície pode minimizar a adesão bacteriana e, assim, reduzir a probabilidade de formação de biofilme. A equipe de pesquisa destaca que esse resultado também pode ser aplicado a outros tipos de bactérias e a outros tipos de superfície. As descobertas do estudo podem ajudar a desenvolver novos materiais e melhorar os materiais existentes que são mais capazes de inibir a adesão bacteriana e a formação de biofilmes.

p O estudo também demonstra o poder dos funcionais de Minkowski em caracterizar a topografia de uma ampla gama de materiais. Os pesquisadores acreditam que a ampla aplicabilidade da análise morfométrica significa que, no futuro, os funcionais de Minkowski serão usados ​​como o padrão ouro para descrever tais superfícies.