Clube Ciência em Movimento: Como nadam as Bactérias? Físicos explicam.

Físicos da Universidade Brown desenvolveram estudo que explica, como bactérias, como a unicelular Caulobacter crescentus nadam e como o seu movimento é influenciado pelo arrasto hidrodinâmico e pelo movimento Browniano.

IMAGEM: Jay Tang, Brown University

Imagina-te a nadar numa piscina: o que dita a tua velocidade é a direcção com que nadas e o movimento dos teus braços e pernas, não a viscosidade da água.

Para organismos minúsculos, a situação é diferente. A direcção e a velocidade do micróbios estão mais sujeitos às variações físicas do fluido em seu redor.

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

Tang e a sua equipa na Universidade Brown desenvolveram o estudo mais detalhado dos padrões de natação de uma bactéria em particular, Caulobacter crescentus. Num artigo publicado online nesta semana em Proceedings of the National Academy of Sciences (edição impressa de 25 de Novembro), os cientistas demonstram como a movimentação desse microrganismo é afectada pelo arrasto hidrodinâmico e pelo fenómeno do Movimento Browniano. As observações parecem ser igualmente válidas para diversas outras bactérias, diz Tang, e lança novas luzes sobre como esses organismos encontram resíduos e como eles se aproximam de superfícies e “aderem” às mesmas.

A Caulobacter é um organismo unicelular que possui um flagelo. Quando ela nada, o seu corpo celular redondo gira numa direcção, enquanto o flagelo gira na direcção oposta. Isto cria uma força de torção que explica o movimento não-linear da bactéria através de um fluido. Tang e sua equipa descobriram, no entanto, que a Caulobacter também é influenciada pelo movimento Browniano, movimento em ziguezague que acontece quando partículas imersas são bloqueadas pelas moléculas do meio circundante. Isso significa que, enquanto nada, a Caulobacter é jogada para lá e para cá pelas moléculas de água circundantes.

Esse efeito conjunto da interacção hidrodinâmica e o movimento Browniano rege os padrões circulares da Caulobacter e vários outros microrganismos, afirmam os cientistas.

“Forças aleatórias são tanto mais importantes quanto menor for o objecto”, argumenta Tang, . “Numa bactéria com dimensões tão pequenas, as forças aleatórias tornam-se dominantes”.

Os Investigadores também descobriram outra explicação para o padrão de natação: os círculos descritos pela Caulobacter, quando nada, ficam mais apertados à medida que a bactéria se aproxima de uma superfície limitante, no caso, uma lâmina de vidro inclinado. A equipa descobriu que o círculo mais estreito é o resultado de um maior arrastamento exercido sobre o microrganismo quando ele nada mais perto da superfície. Quando o microrganismo está mais longe da superfície, é menos arrastado e o círculo que ele descreve fica maior, referiu o grupo de investigadores

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 dos organismos unicelulares. Talvez mais importante ainda, pode ajudar os cientistas a entender como as bactérias finalmente chegam a uma superfície e aderem nela. As aplicações vão desde uma melhor compreensão do fluxo e da adesão de plaquetas na corrente sanguínea, a uma melhor compreensão sobre como os contaminantes são capturados à medida que percolam o solo.

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