Un team di fisici e biologi che lavorano presso la Saarland University ha sviluppato un metodo con il quale possono misurare l'area di contatto tra un batterio e la superficie su cui è "seduto". interessante, e forse controintuitivamente, un'ampia area di contatto non significa necessariamente una grande forza adesiva. Si scopre che le caratteristiche specifiche dei batteri, che determinano differenze locali nella composizione delle proteine ​​nella parete cellulare, sono le ragioni principali delle differenze osservate nell'adesione. Questi risultati possono ora essere utilizzati per ottimizzare i materiali antibatterici. Il lavoro di ricerca viene pubblicato oggi sulla rivista Nanoscala .

I batteri della specie Staphylococcus aureus sono tra i patogeni più diffusi e pericolosi del nostro tempo. Uno dei motivi della loro efficacia è la loro capacità di aderire a superfici sia sintetiche che naturali, dove formano biofilm molto persistenti. Questi biofilm proteggono efficacemente i singoli agenti patogeni rendendoli molto difficili da rimuovere da una superficie. Questo è il motivo per cui la loro presenza sugli impianti medici è così temuta e perché sono una delle principali cause di infezione post-operatoria. Un approccio per prevenire l'infezione è quindi prevenire la formazione del biofilm. Ma per poter influenzare la crescita del biofilm, gli scienziati devono capire il meccanismo con cui i batteri aderiscono alle superfici. Per esempio, sarebbe utile sapere esattamente quale frazione della superficie di una singola cellula batterica è effettivamente a contatto con la superficie. Però, poiché questi batteri sferici hanno solo un micrometro di diametro (circa un centesimo dello spessore di un capello umano), era improbabile che la microscopia ottica convenzionale potesse essere utilizzata per determinare l'area di contatto.

Il team della Saarland University guidato dal fisico sperimentale Professor Karin Jacobs e dal microbiologo Professor Markus Bischoff ha quindi fatto uso di un'altra proprietà dei batteri, vale a dire che la forza di adesione esibita da diverse specie di batteri spesso dipende fortemente dal tipo di superficie su cui si trova. Ad esempio, i batteri che erano al centro del presente studio aderiscono molto più efficacemente a superfici fortemente idrofobe che a superfici bagnabili (idrofile). I ricercatori hanno quindi creato una superficie a base di silicio che mostrava entrambe le proprietà:fortemente idrofoba in una regione, altamente bagnabile in un altro - all'interno di un'area estremamente piccola. La forza adesiva esercitata dai singoli batteri su questa superficie appositamente preparata è stata quindi misurata utilizzando un microscopio a scansione a forza atomica, noto come spettroscopio di forza.

Il metodo prevede di portare una singola cellula batterica a contatto minimo con la superficie e quindi misurare la forza necessaria per staccare il batterio da quella superficie. Questa è la forza adesiva. Sulla parte idrofoba (letteralmente "odia l'acqua") della superficie, la forza è circa dieci volte maggiore di quella necessaria quando la cellula batterica aderisce alla regione idrofila ("amante dell'acqua"). Questa procedura viene quindi ripetuta con la cellula batterica situata successivamente più vicino al confine tra le regioni idrofobe e idrofile, misurando poi la forza con il batterio posto sul confine stesso ed infine con il batterio situato nella zona prettamente idrofila dove la forza adesiva è più debole. I dati di misura relativi alla forza adesiva di una singola cella alla sua esatta posizione sulla superficie appositamente personalizzata, e quindi alla bagnabilità della superficie, ha permesso al team di ricerca di Saarbrücken di dedurre la dimensione dell'area di contatto tra il batterio e la superficie. Il metodo può essere utilizzato anche per altre misurazioni, come determinare la forza adesiva delle particelle colloidali, anch'essi di forma sferica.

Il team di ricerca ha scoperto che il diametro dell'area di contatto, che si presumeva circolare, era dell'ordine di poche decine o diverse centinaia di nanometri (mille nanometri equivalgono a un millesimo di millimetro) e che la dimensione dell'area di contatto può variare significativamente tra diverse singole cellule della stessa specie Staphylococcus aureus. Ai fini del confronto, è stato studiato anche un membro non patogeno del genere Staphylococcus che aderisce molto meno fortemente alla superficie rispetto al patogeno Staphylococcus aureus. È particolarmente sorprendente che la dimensione dell'area di contatto non abbia assolutamente alcun effetto sulla forza di adesione tra una cellula batterica e la superficie. I ricercatori sono stati anche in grado di dimostrare che, nonostante la loro forma sferica, i batteri non possono essere descritti semplicemente come sfere dure quando interagiscono con una superficie. Una descrizione più accurata è pensarle come palline ricoperte da un morbido, rivestimento ispido e irregolare delle proteine ​​della parete cellulare e che questo rivestimento è il principale fattore che determina l'adesione tra la cellula e la superficie. La marcata variabilità locale della forza adesiva riflette le diverse composizioni dei gruppi di proteine ​​della parete cellulare, che determinano quanto fortemente una regione della superficie della cellula è in grado di aderire a una superficie.

L'approccio utilizzato nello studio può in linea di principio, essere applicato a tutte le altre specie di batteri patogeni, non importa se di forma sferica o bastoncellare. I risultati potrebbero aprire la strada allo sviluppo di superfici la cui morfologia può essere accuratamente regolata per modificare queste forze adesive, sopprimendo così l'adesione di batteri patogeni indesiderati, o, in alternativa, favorire l'adesione dei batteri, come quelli utilizzati nello smaltimento dei rifiuti, la cui presenza è desiderata.