Un equipo de físicos y biólogos que trabaja en la Universidad de Saarland ha desarrollado un método con el que pueden medir el área de contacto entre una bacteria y la superficie sobre la que está 'asentada'. Curiosamente, y tal vez de forma contraria a la intuición, un área de contacto grande no significa necesariamente una gran fuerza adhesiva. Resulta que las características específicas de la bacteria, que dan lugar a diferencias locales en la composición de las proteínas en la pared celular, son las principales razones de las diferencias observadas en la adherencia. Estos resultados ahora se pueden utilizar para optimizar los materiales antibacterianos. El trabajo de investigación se publica hoy en la revista Nanoescala .

Las bacterias de la especie Staphylococcus aureus se encuentran entre los patógenos más extendidos y peligrosos de nuestro tiempo. Una de las razones de su eficacia es su capacidad para adherirse tanto a superficies sintéticas como naturales. donde forman biopelículas muy persistentes. Estas biopelículas protegen eficazmente a los patógenos individuales, lo que los hace muy difíciles de eliminar de una superficie. Por eso se teme tanto su presencia en los implantes médicos y son una de las principales causas de infección postoperatoria. Por lo tanto, un enfoque para prevenir la infección es prevenir la formación de la biopelícula. Pero para poder influir en el crecimiento de la biopelícula, los científicos deben comprender el mecanismo por el cual las bacterias se adhieren a las superficies. Por ejemplo, Sería útil saber qué fracción del área de superficie de una sola célula bacteriana está realmente en contacto con la superficie. Sin embargo, ya que estas bacterias esféricas tienen solo un micrómetro de ancho (aproximadamente una centésima parte del grosor de un cabello humano), era poco probable que se pudiera utilizar un microscopio óptico convencional para determinar el área de contacto.

El equipo de la Universidad de Saarland, dirigido por la física experimental, la profesora Karin Jacobs, y el microbiólogo, el profesor Markus Bischoff, hizo uso de otra propiedad de la bacteria:es decir, que la fuerza de adhesión que presentan las diferentes especies de bacterias depende a menudo en gran medida del tipo de superficie sobre la que se sitúa. Por ejemplo, las bacterias que fueron el foco del presente estudio se adhieren mucho más eficazmente a superficies fuertemente hidrófobas que a superficies humectables (hidrófilas). Por lo tanto, los investigadores crearon una superficie a base de silicio que exhibía ambas propiedades:fuertemente hidrófoba en una región, altamente humectable en otro, dentro de un área extremadamente pequeña. La fuerza adhesiva ejercida por bacterias individuales sobre esta superficie especialmente preparada se midió luego utilizando un microscopio de fuerza atómica de barrido. conocido como espectroscopio de fuerza.

El método implica poner una sola célula bacteriana en contacto mínimo con la superficie y luego medir la fuerza necesaria para separar la bacteria de esa superficie. Esta es la fuerza adhesiva. En la parte hidrofóbica (literalmente 'odia el agua') de la superficie, la fuerza es aproximadamente diez veces mayor que la necesaria cuando la célula bacteriana se adhiere a la región hidrófila ("amante del agua"). Este procedimiento se repite luego con la célula bacteriana ubicada sucesivamente más cerca del límite entre las regiones hidrófoba e hidrófila. luego midiendo la fuerza con la bacteria ubicada en el límite mismo y finalmente con la bacteria ubicada en la zona puramente hidrófila donde la fuerza adhesiva es más débil. Los datos de medición que relacionan la fuerza adhesiva de una sola celda con su posición exacta en la superficie especialmente personalizada, y por tanto a la mojabilidad de la superficie, ha permitido al equipo de investigación de Saarbrücken inferir el tamaño del área de contacto entre la bacteria y la superficie. El método también se puede utilizar para otras mediciones, como determinar la fuerza adhesiva de partículas coloidales, que también son de forma esférica.

El equipo de investigación descubrió que el diámetro del área de contacto, que se asumió que era circular, era del orden de unas pocas decenas a varios cientos de nanómetros (mil nanómetros equivalen a una milésima de milímetro) y que el tamaño del área de contacto puede variar significativamente entre diferentes células individuales de la misma especie Staphylococcus aureus. A efectos de comparación, También se estudió un miembro no patógeno del género Staphylococcus que se adhiere con mucha menos fuerza a la superficie que el patógeno Staphylococcus aureus. Es particularmente sorprendente que el tamaño del área de contacto no tenga absolutamente ningún efecto sobre la fuerza de adhesión entre una célula bacteriana y la superficie. Los investigadores también pudieron demostrar que a pesar de su forma esférica, las bacterias no pueden describirse simplemente como esferas duras cuando interactúan con una superficie. Una descripción más precisa es pensar en ellos como pelotas cubiertas con un Recubrimiento desgreñado e irregular de las proteínas de la pared celular y que este recubrimiento es el factor principal que determina la adhesión entre la célula y la superficie. La pronunciada variabilidad local en la fuerza adhesiva refleja las diferentes composiciones de los grupos de proteínas de la pared celular, que determinan la fuerza con la que una región de la superficie de la célula puede adherirse a una superficie.

El enfoque utilizado en el estudio puede, en principio, ser aplicado a todas las demás especies de patógenos bacterianos sin importar si tienen forma esférica o en forma de varilla. Los resultados pueden allanar el camino para el desarrollo de superficies cuya morfología se pueda ajustar cuidadosamente para modificar estas fuerzas adhesivas. suprimiendo así la adhesión de patógenos bacterianos no deseados, o, alternativamente, favoreciendo la adhesión de bacterias, como los que se utilizan en la eliminación de residuos, cuya presencia se desea.