La bacteria Staphylococcus aureus es una de las principales causas de infecciones adquiridas en el hospital. Estos patógenos son particularmente problemáticos porque pueden formar biopelículas altamente robustas en superficies naturales y artificiales y son muy difíciles de eliminar. La biopelícula protege eficazmente a las bacterias individuales deataque por otras sustancias, como los antibióticos, lo que los hace muy difíciles de tratar. Por lo tanto, un enfoque es tratar de evitar que se formen biopelículas, pero para poder influir en el crecimiento de las biopelículas, los investigadores deben comprender los mecanismosque las bacterias se adhieren a diferentes tipos de materiales. Las superficies como las manijas de las puertas o los implantes médicos tienen topografías a nanoescala 1 nanómetro = una milmillonésima parte de un metro y están muy extendidas en entornos hospitalarios. Bajo el microscopio, estas superficies aparentemente lisas aparecen como rugosas, paisajes irregulares de montañas y valles.
En un estudio anterior, el equipo de la Universidad de Saarland, dirigido por el físico experimental Profesor Karin Jacobs y el microbiólogo Profesor Markus Bischoff, descubrió que las bacterias se adhirieron a las superficies sólidas mediante un mecanismo en el cual numerosas moléculas individuales en la pared celular bacteriana se unenla superficie. Las dimensiones de estas moléculas de anclaje varían debido a las fluctuaciones térmicas que pueden inducir cambios de longitud de alrededor de 50 nanómetros.
En su estudio más reciente, los científicos realizaron un examen detallado de cómo la fuerza adhesiva de las moléculas individuales depende de la topografía de la superficie del sustrato. El equipo de investigación preparó superficies de silicio que exhiben nanoestructuras de diferentes tamaños pero del mismo orden de magnitud quelas moléculas de anclaje en la pared celular.
Luego midieron las fuerzas con las que las células bacterianas individuales se adhirieron a las superficies nanoestructuradas. Estos experimentos mostraron que las fuerzas adhesivas disminuyeron con el aumento del tamaño de las nanoestructuras. Mientras se realizaba el trabajo experimental, el matemático Michael A. Klatt delEl Instituto de Tecnología de Karlsruhe ahora en la Universidad de Princeton realizó un análisis muy preciso de los sustratos de silicio y cuantificó las geometrías de la superficie utilizando medidas de forma matemática específicas llamadas funcionales de Minkowski. El procedimiento se conoce como 'morfometría'.
Trabajando juntos, los equipos pudieron demostrar que la magnitud de la fuerza adhesiva determinada experimentalmente podría explicarse utilizando parámetros geométricos del análisis morfométrico. En pocas palabras, si la rugosidad de la superficie aumenta, muchos de los 'valles' en ella superficie ya no está disponible como sitios de adhesión, ya que ahora son más profundos que la longitud de las moléculas fluctuantes. Por lo tanto, existe una reducción correspondiente en la fuerza adhesiva entre las células bacterianas y la superficie.
Este es un resultado importante ya que sugiere que optimizar la topografía nanoestructurada de una superficie puede minimizar la adhesión bacteriana y, por lo tanto, reducir la probabilidad de formación de biopelículas. El equipo de investigación señala que este resultado también se puede aplicar a otros tipos de bacterias y aotros tipos de superficie. Los hallazgos del estudio pueden ayudar a desarrollar nuevos materiales y mejorar los materiales existentes que pueden inhibir mejor la adhesión bacteriana y la formación de biopelículas.
El estudio también demuestra el poder de los funcionales de Minkowski para caracterizar la topografía de una amplia gama de materiales. Los investigadores creen que la amplia aplicabilidad del análisis morfométrico significa que en el futuro los funcionales de Minkowski se utilizarán como el estándar de oro para describir tales superficies.
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Materiales proporcionados por Universidad de Saarland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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