Como as bactérias soam? Trilhas sonoras bacterianas reveladas pela nanotecnologia

Você já se perguntou se as bactérias fazem sons distintos? Se pudéssemos ouvir as bactérias, poderíamos saber se elas estão vivas ou não. Quando as bactérias são mortas usando um antibiótico, esses sons param – a menos, é claro, que as bactérias sejam resistentes ao antibiótico. É exatamente isso que uma equipe de pesquisadores da TU Delft, liderada pelo dr. Farbod Alijani, agora conseguiu fazer: eles capturaram o ruído de baixo nível de uma única bactéria usando grafeno . Agora, sua pesquisa é publicada na revista Nature Nanotechnology .

O som de uma única bactéria

A equipe de Farbod Alijani na Delft University of Technology (TU Delft) estava originalmente investigando os fundamentos da mecânica física do grafeno, quando uma ideia curiosa os ocorreu. Eles se perguntaram o que aconteceria se esse material extremamente sensível entrasse em contato com um único objeto biológico. “O grafeno é uma forma de carbono que consiste em uma única camada de átomos e também é conhecido como o material maravilhoso”, diz Alijani. “É muito forte com boas propriedades elétricas e mecânicas e também é extremamente sensível a forças externas.”

A equipe de pesquisadores de Farbod Alijani iniciou uma colaboração com o grupo de nanobiologia de Cees Dekker e o grupo de nanomecânica de Peter Steeneken. Juntamente com o estudante de doutorado Irek Roslon e o pós-doutorando Dr. Aleksandre Japaridze, os cientistas realizaram seus primeiros experimentos usando a bactéria E. coli . Cees Dekker: “O que vimos foi impressionante! Quando uma única bactéria adere à superfície de um tambor de grafeno, ela gera oscilações aleatórias com amplitudes tão baixas quanto alguns nanômetros que poderíamos detectar. Podíamos ouvir o som de uma única bactéria!”

Perfurando um tambor de grafeno com uma bactéria

As oscilações extremamente pequenas são resultado dos processos biológicos das bactérias com principal contribuição de seus flagelos (caudas na superfície celular que impulsionam as bactérias). “Para entender o quão pequenas são essas batidas flagelares no grafeno, vale dizer que elas são pelo menos 10 bilhões de vezes menores que o soco de um boxeador ao alcançar um saco de pancadas. No entanto, essas batidas em nanoescala podem ser convertidas em trilhas sonoras e ouvidas – e como isso é legal”, diz Alijani.

Grafeno para detecção rápida de resistência a antibióticos

Esta pesquisa tem enormes implicações para a detecção de resistência a antibióticos. Os resultados experimentais foram inequívocos: se as bactérias fossem resistentes ao antibiótico, as oscilações continuariam no mesmo nível. Quando as bactérias ficaram suscetíveis à droga, as vibrações diminuíram até uma ou duas horas depois, mas depois desapareceram completamente. Graças à alta sensibilidade dos tambores de grafeno, o fenômeno pode ser detectado usando apenas uma única célula.

Farbod Alijani: “Para o futuro, pretendemos otimizar nossa plataforma de sensibilidade a antibióticos de grafeno de célula única e validá-la em uma variedade de amostras patogênicas. Para que, eventualmente, possa ser usado como um kit de ferramentas de diagnóstico eficaz para detecção rápida de resistência a antibióticos na prática clínica”. Peter Steeneken conclui: “Esta seria uma ferramenta inestimável na luta contra a resistência aos antibióticos, uma ameaça cada vez maior à saúde humana em todo o mundo”.

Referência: “Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums” de Irek E. Rosłoń, Aleksandre Japaridze, Peter G. Steeneken, Cees Dekker e Farbod Alijani, 18 de abril de 2022, Nature Nanotechnology .
DOI: 10.1038/s41565-022-01111-6