Forças mecânicas de biofilmes bacterianos e o papel nas infecções

Pesquisas recentes demonstraram que forças mecânicas de biofilmes bacterianos podem deformar os tecidos biológicos.
Isso sugere um modo “mecânico” de infecção bacteriana.

A maioria das bactérias no mundo vive em superfícies formando estruturas chamadas de “biofilmes”. Esses biofilmes bacterianos hospedam milhões de bactérias de diferentes tipos.
São tão biologicamente complexas e ativas que os cientistas as descrevem como “cidades bacterianas”.

Biofilmes bacterianos — estilo de vida preferido das bactérias

Os biofilmes bacterianos são de fato o estilo de vida preferido das bactérias.
Elas os formam fixando-se umas às outras em superfícies tão diversas como o fundo do oceano, os órgãos internos e os dentes.
placa dentária é um exemplo comum de biofilme bacteriano.
Os biofilmes bacterianos, porém, também causam infecções crônicas.
Por exemplo, o patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa é o causador de biofilmes nos pulmões de pacientes com fibrose cística.

Geralmente, a interação entre o biofilme e o hospedeiro é considerada bioquímica.
Evidências sugerem que a interação física e mecânica entre eles são muito importantes. Como tal, muitas vezes é negligenciada como uma influência na fisiologia do hospedeiro.

Como os biofilmes se formam em materiais assemelhados a tecidos moles?

Esta é a pergunta que uma equipe de cientistas liderada por Alex Persat na EPFL se atreveu a responder.

Eles demonstraram que os biofilmes de duas bactérias patogênicas principais, Vibrio cholerae e Pseudomonas aeruginosa, podem causar grandes deformações estruturais em materiais moles como os hidrogéis.

Quando as bactérias formam biofilmes, elas se fixam em uma superfície e começam a se dividir. Ao mesmo tempo, elas mergulham em uma mistura de polissacarídeos, proteínas, ácidos nucleicos e detritos de células mortas. Essa mistura forma uma substância pegajosa que é chamada de matriz. Essa matriz é uma mistura complexa, identificado como “substâncias poliméricas extracelulares”.

Crescimento do biofilme bacteriano na matriz

À medida que uma única bactéria cresce dentro dessa matriz, ela o estica ou compacta, exercendo estresse mecânico.
O crescimento do biofilme bacteriano e as propriedades elásticas da matriz geram tensões mecânicas internas.

Os cientistas cultivaram biofilmes em superfícies macias de hidrogel e mediram como eles exerceram forças sobre as variações dos componentes da matriz.
O estudo revelou que os biofilmes induzem deformações por “empenamento” como um tapete ou uma régua.
O tamanho das deformações depende da rigidez do material “hospedeiro” e da composição da matriz.

Modo mecânico de infecção

Os pesquisadores também descobriram que os biofilmes de V. cholerae podem gerar estresse mecânico suficiente para deformar e danificar monocamadas de células epiteliais moles. Células como aquelas que revestem a superfície de nossos pulmões e intestinos.
O que isso significa?

Quer dizer que as forças geradas pelo crescimento de biofilmes podem comprometer mecanicamente a fisiologia de seu hospedeiro.

Em suma, os biofilmes podem promover um modo “mecânico” de infecção, o que pode justificar uma abordagem totalmente nova para os tratamentos. A partir dessa descoberta, surgem no horizonte novas perspectivas de tratamento das infecções bacterianas.

O laboratório do professor Alexandre Persat faz parte do Global Health Institute da EPFL, situado na School of Life Sciences.

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Fontes: Revista eLifePhys Org

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