Bactérias, Movimento Browniano… e a Universidade Brown


Brown University

Como as bactérias nadam? Os físicos da Brown explicam

IMAGEM: físicos da Universidade Brown completaram o estudo mais detalhado de como bactérias como a unicelular  Caulobacter crescentus nada e como seu movimento é influenciado pelo arrasto hidrodiâmico e pelo movimento Browniano.Crédito: Guanglai Li, Brown University
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PROVIDENCE, Rhode Island. [Universidade Brown] — Imagine-se nadando em uma piscina: o que dita a velocidade e a direção com que você nada é o movimento de seus braços e pernas, não a viscosidade da água.

Para organismos minúsculos, a situação é diferente. A direção e a velocidade do micróbios são mais sujeitos às variações físicas do fluido em torno deles.

“Para as bactérias, nadar em água é como para nós seria nadar em mel” explica Jay Tang, professor associado de física na Universidade Brown, “O arrasto hidrodinâmico é dominante”.

Tang e sua equipe na Brown acabaram de completar o estudo mais detalhado dos padrões de natação de uma bactéria em particular, Caulobacter crescentus. Em um artigo publicado on-line nesta semana em Proceedings of the National Academy of Sciences (edição impressa de 25 de novembro), os pesquisadores demonstram como a movimentação desse micróbio é afetado pelo arrasto e pelo fenômeno do Movimento Browniano. As observações parecem ser igualmente válidas para diversas outras bactérias, diz Tang, e lança novas luzes sobre como esses organismos catam resíduos e como eles se aproximam de superfícies e “grudam” nelas.

A Caulobacter é um organismo unicelular com uma espécie de “cauda”, chamada “flagelo”. Quando ela nada, seu corpo celular redondo gira em uma direção, enquanto a cauda gira na direção oposta. Isto cria um torque, o que ajuda a explicar o movimento não-linear da bactéria através de um fluido. O que Tang e sua equipe descobriram, no entanto, é que a Caulobacter também é influenciada  pelo movimento Browniano, que é o movimento em ziguezague que acontece quando partículas imersas são esbarradas pelas moléculas do meio circundante. Isso significa que, com efeito, a Caulobacter está sendo jogada para lá e para cá pelas moléculas de água circundantes, enquanto nada.

IMAGEM: Esta ilustração mostra como as rotações em sentidos opostos da cabeça e da cauda do micróbio unicelular Caulobacter crescentus cria um arrasto que contribui para determinar a direção de seu deslocamento em um fluido. A outra influência é o movimento Browniano.Crédito: Jay Tang, Brown University

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Esse efeito conjunto da interação hidrodinâmico e o movimento Browniano rege os padrões circulares da Caulobacter e vários outros microorganismos, descobriram os cientistas.

“Forças aleatórias são tanto mais importantes quanto menor for o objeto”, argumenta Tang, cuja equipe incluiu Guanglai Li, professor (pesquisador) assistente da Brown, e Lick-Kong Tam, um estudante recentemente graduado na Brown que agora estuda engenharia biomédica na Universidade Yale University. “No tamanho da Caulobacter, as forças aleatórias se tornam dominantes”.

Os pesquisadores também descobriram outra “dica” para o padrão de natação: os círculos descritos pela Caulobacter nadando, ficam mais apertados à medida em que a bactéria chega perto de uma superfície limitante, no caso, uma inclinação no vidro. A equipe descobriu que o círculo mais estreito é o resultado de um maior arrasto exercido sobre o micróbio quando ele nada mais perto da superfície. Quando o micróbio está mais longe da superfície, encontra menos arrasto e o círculo que ele descreve fica mais largo, foi o que o grupo aprendeu.

Este efeito de ziguezague ajuda a explicar por que “na maioria das vezes as células não estão tão próximas da superfície como seria de prever”, diz Tang. “O motivo é o movimento Browniano que as joga de um lado para outro”.

Essa descoberta é importante, porque ajuda a explicar as áreas de alimentação para organismos unicelulares. Talvez mais importante ainda, pode ajudar os cientistas a entender como as bactérias finalmente chegam a uma superfície e aderem a ela. As aplicações vão de uma melhor compreensão do fluxo e da adesão de plaquetas na corrente sangüínea, a uma melhor compreensão sobre como os contaminantes são capturados à medida em que percolam o solo.

“Como se depreende, a natação é um mecanismo importante para o processo de adesão”, conclui Tang.

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