Immagine: Nanoindentazione AFM simultanea e imaging a fluorescenza di E. coli. Credito di immagine: Patricia Bondía / IMDEA Nanociencia.
I ricercatori dell’IMDEA Nanociencia hanno quantificato le forze che causano danni critici su un singolo batterio E. coli in condizioni fisiologiche utilizzando due tecniche combinate: nanoindentazione AFM e imaging a fluorescenza.
La resistenza agli antibiotici è oggi una delle maggiori minacce alla salute globale e alla sicurezza alimentare secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità. Questo processo si verifica naturalmente, ma l’abuso di antibiotici nell’uomo e negli animali lo sta accelerando. In questo contesto, i materiali meccano-battericidi emergono come una strategia promettente per affrontare la resistenza batterica agli antibiotici.
I materiali meccano-battericidi pongono un paesaggio di struttura superficiale ostile ai batteri e i ricercatori stanno compiendo sforzi per comprendere le interazioni fisiche tra i batteri e questi nanomateriali antimicrobici. Rivelando tutti i dettagli dell’interazione, come la forza necessaria per uccidere i batteri, è possibile progettare una nuova e migliorata generazione di materiali meccano-battericidi.
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Un team di ricercatori dell’IMDEA Nanociencia ha studiato quantitativamente le forze necessarie per esercitare un danno critico su un singolo batterio E. coli in condizioni fisiologiche. Nel loro lavoro, pubblicato su ACS Applied Materials and Interfaces, i ricercatori guidati dalla Dr.ssa Flors utilizzano la nanoindentazione AFM (microscopia a forza atomica) per perforare la parete cellulare del batterio e osservare la morte batterica in tempo reale utilizzando un marcatore di vitalità fluorescente.
I ricercatori concludono che è necessaria una forza di circa 20 nN per rompere la parete cellulare in E. coli.
Le pressioni consecutivi a bassa forza, ma senza rottura della parete cellulare, hanno prodotto un effetto misurabile di “affaticamento” sulla fisiologia batterica. La fatica è stata determinata seguendo il periodo di oscillazione del sistema Min, un complesso proteico che aiuta a determinare il sito di divisione cellulare nei batteri, mediante microscopia a fluorescenza. L’effetto di affaticamento osservato è coerente con le proprietà antibatteriche dei nanomateriali colloidali per l’azione cumulativa di molte collisioni a bassa forza.
I risultati forniscono una visione dettagliata, sconosciuta fino ad ora, dell’interazione tra batteri e nanomateriali meccano-battericidi ad alto rapporto e contribuiscono al campo emergente della meccanomicrobiologia. “Il nostro lavoro mostra come lo sviluppo di tecniche di microscopia avanzata possa svolgere un ruolo per comprendere quantitativamente le interazioni tra batteri e nanomateriali“, afferma il Dr Flors.
Questo lavoro è stato guidato dalla Dott.ssa Cristina Flors, ricercatrice principale del gruppo di nanoscopia a fluorescenza avanzata presso IMDEA Nanociencia ed è stata parzialmente finanziato dal programma Severo Ochoa per i centri di eccellenza in ricerca e sviluppo.
