Baboso, Las esteras bacterianas difíciles de limpiar llamadas biopelículas causan problemas que van desde infecciones médicas hasta desagües obstruidos y equipos industriales sucios. Ahora, Los investigadores de Princeton han encontrado una manera de eliminar limpia y completamente estos lodos notorios.

Al mirar las películas desde una perspectiva de ingeniería mecánica, así como biológico, los investigadores demostraron que el uso de agua para penetrar la unión entre las biopelículas y las superficies, junto con un pelado suave, puede resultar en mudanzas impecables. Ese resultado contrasta con los métodos tradicionalmente ineficaces de raspar o desalojar mecánicamente las biopelículas. que a veces dejan parches aún adheridos que vuelven a crecer y se vuelven a contaminar.

El nuevo método de eliminación debería ayudar a frustrar las biopelículas dañinas, además de controlar las biopelículas beneficiosas de las que se depende cada vez más para el tratamiento de aguas residuales, pilas de combustible microbianas y otras aplicaciones.

"Hemos descubierto una forma fácil y eficaz de eliminar biopelículas desagradables de una variedad de superficies, "dijo Jing Yan, un investigador asociado que trabaja conjuntamente en los laboratorios de Princeton de Howard Stone, el Profesor Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y Bonnie Bassler, el Profesor Squibb de Biología Molecular e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

La obra, puentear la biología molecular, ciencia de materiales e ingeniería mecánica, aprovechó las comunidades de investigación colaborativas entre la biología molecular y la ingeniería.

Yan es el coautor principal del artículo que describe los resultados, publicado el 8 de octubre en Materiales avanzados , junto a Alexis Moreau, que era estudiante visitante en el laboratorio de Stone y ahora está de regreso en la Universidad de Montpellier en Francia.

"Al investigar y definir las propiedades materiales de las biopelículas bacterianas, en lugar de sus propiedades biológicas, hemos inventado un nuevo método para separar biopelículas enteras, ", dijo el coautor del estudio, Bassler.

Otros autores del estudio son Ned Wingreen, el Profesor Howard A. Prior de Ciencias de la Vida; Andrej Košmrlj, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial; Sepideh Khodaparast, un ex becario de investigación en el laboratorio de Stone ahora en el Imperial College de Londres; el investigador asociado Sampriti Mukherjee; investigadores postdoctorales Jie Feng, Sheng Mao y Antonio Perazzo; y la estudiante de posgrado Chenyi Fei.

Para su investigación, los investigadores de Princeton recurrieron a la bacteria Vibrio cholerae, que forma biopelículas en el agua de mar, agua dulce y en el intestino humano. Las mediciones revelaron que las biopelículas que produce exhiben comportamientos mecánicos muy similares a los hidrogeles, que son materiales ampliamente estudiados en el laboratorio de Stone.

Bien caracterizado los hidrogeles manipulables tienen muchas aplicaciones, especialmente en biomedicina, incluyendo vendajes para heridas, administración de fármacos e ingeniería de tejidos. Las biopelículas y los hidrogeles están compuestos principalmente de agua (alrededor del 90 por ciento). Poseen redes estructurales definidas que las hacen suaves, viscoso y elástico. Su elasticidad tiene un límite, sin embargo. Si se le molesta con demasiada fuerza, las biopelículas y los hidrogeles se romperán en pedazos. Esta fragilidad plantea un desafío para la eliminación de biopelículas. También dificulta la transferencia intencional de películas beneficiosas entre superficies, por ejemplo en entornos industriales, y al realizar experimentos en el laboratorio para estudiar biopelículas en primer lugar.

Para aprender a evitar tal fragmentación, el equipo de Princeton examinó la unión de las biopelículas de V. cholerae a una variedad de tipos de superficies. Los investigadores vieron que los bordes de las biopelículas eran repelentes al agua, mientras que las superficies a las que se adhirieron eran a veces atractivas para el agua. Basado en esta información, los investigadores buscaron abrir una brecha entre la biopelícula y la superficie adherida al conducir agua hacia el espacio en el que se encuentran los materiales. Esta tecnica, conocido como peeling capilar, creó con éxito una grieta de alargamiento que culminó con la separación completa de la biopelícula de la superficie. El peeling asistido por agua debe realizarse lentamente para evitar desgarros de la biopelícula, similar a quitar con cuidado una pegatina, pero los resultados mostraron que el tiempo extra valió la pena. "Nuestro método de pelado capilar funcionó asombrosamente bien, "dijo Yan.

Un obstáculo para implementar el método fuera del laboratorio es que existen muchas biopelículas en entornos ya acuosos, donde el peeling capilar parecería no ser un principio. Para esos casos, Yan y sus colegas han propuesto dos posibles soluciones para explorar en futuras investigaciones. Para las biopelículas que se cultivaron inicialmente bajo el agua, la película y su objeto adherido podrían retirarse de la solución y secarse antes de los intentos de eliminación. Alternativamente, la introducción de burbujas en la interfase biofilm-sustrato podría generar el mismo tipo de fuerza capilar.

En general, el nuevo estudio ilustra el valor de un enfoque multidisciplinario, uniendo diferentes campos para generar nuevos conocimientos clave.

Los sistemas biológicos deben obedecer las leyes de la física y, en muchos casos, también deben emplear la física para lograr sus fines. dijo Shmuel Rubinstein, profesor asociado de física aplicada en la Universidad de Harvard que no participó en la investigación. "El equipo interdisciplinario de este estudio que combina ingeniería, La teoría y la biología es perfecta para el complejo problema de las biopelículas ".

"Dirigido por Jing, los estudiantes y postdoctorados hicieron un trabajo asombroso en el desarrollo de una comprensión detallada del vínculo entre los componentes biológicos y las propiedades mecánicas macroscópicas de las biopelículas, ", dijo Stone." Nuestra demostración de que las biopelículas se pueden pelar, intactas, puede resultar útil de muchas maneras en el futuro ".