Notícia com publicação científica
Capacidade das bactérias de migrar ativamente contra a corrente de fluidos potencializa infecções
Design experimental mostrou habilidade das bactérias em migrar mesmo contra o fluxo de fluidos

Maxx-Studio via Shutterstock

Ilustração 3D de bactérias E. coli

12 de janeiro de 2026, 11:22

Fonte

Nathi Magubane, Penn Today

Publicação Original

Universidade da Pensilvânia

Áreas

Bacteriologia, Bioengenharia, Biofísica, Biologia, Biomecânica, Engenharia Biomédica, Imunologia, Microbiologia, Modelagem Matemática, Robótica, Simulação Computacional

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Resumo

Intuitivamente, espera-se que bactérias que estejam em um fluxo qualquer de fluidos sejam ‘levadas pela corrente’, e que seja difícil a colonização bacteriana de espaços, dentro do corpo humano, de onde vem o fluxo.

Mas, em um estudo recente, pesquisadores montaram um aparato experimental e, com o auxílio de simulações computacionais, mostraram a habilidade da bactéria E. coli em se movimentar contra uma corrente de fluido e se espalhar em espaços a montante do fluxo, ou seja, de onde vem o fluxo.

Essa migração bacteriana, que parece contraintuitiva, consegue semear colônias que se espalham três vezes mais rápido do que em locais com fluidos parados.

Os cientistas também descobriram que as bactérias são efetivamente bloqueadas por geometrias angulares e pontiagudas. A implementação dessas ‘arestas’ em dispositivos médicos finos, como cateteres, pode inibir o fluxo bacteriano e impedir a colonização de ambientes estéreis.

A descoberta revela que infecções do trato urinário inferior podem sinalizar uma rápida colonização bacteriana na direção dos rins, por exemplo.

Foco do Estudo

Avançar na compreensão sobre o deslocamento de bactérias em correntes de fluidos.

Por que é importante?

“As bactérias são nadadoras notavelmente rápidas e adaptáveis, capazes de se mover centenas de comprimentos corporais por segundo, mesmo sob fortes fluxos de fluidos”, destacou o Dr. Arnold Mathijssen, biofísico da Universidade da Pensilvânia, nos EUA.

Segundo o pesquisador, em vez de simplesmente seguirem o fluxo, os patógenos podem nadar ativamente contra a corrente, um comportamento que pode levar a infecções graves do trato respiratório, gastrointestinal e urinário (ITUs), além da contaminação de equipamentos odontológicos e médicos, como cateteres. “Mas como esses microrganismos ‘navegam contra a corrente’ nesses ambientes confinados e labirínticos ainda é um mistério”.

Estudo

O Dr. Arnold Mathijssen é biofísico, professor e pesquisador da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, e estuda como partículas ativas, como bactérias, se movem em sistemas fluidos. Sob sua liderança, pesquisadores fabricaram tubos multicanal em nanoescala – que imitam superfícies encontradas dentro do corpo humano – para revelar como a bactéria Escherichia coli (E. coli) se desloca contra a corrente para invadir e colonizar espaços.

As descobertas, publicadas na revista científica Cell Newton, lançam luz sobre a motilidade de patógenos em ambientes fluidos complexos e muitas vezes hostis, e apontam soluções que podem ser implementadas diretamente em dispositivos biomédicos.

A equipe dividiu a invasão em quatro estágios distintos, rastreou milhares de células e combinou esses dados com simulações e análises matemáticas para descobrir como as bactérias colonizam cavidades.

Além disso, os pesquisadores determinaram o efeito de diferentes condições — intensidade do fluxo, confinamento do canal e geometria das superfícies ou arestas — para avaliar a proliferação bacteriana.

A abordagem combinada permitiu prever o fluxo bacteriano – o número total de células que se movem contra a corrente ao longo do tempo – em diferentes formatos e configurações de microtubos.

De forma um tanto contraintuitiva, descobrimos que canais mais largos com fluxos contrários mais rápidos são, na verdade, mais propensos à invasão. Mas essas incursões podem ser inibidas eficazmente com designs de arestas agudas

Ran Tao, doutorando no Laboratório do professor Arnold Mathijssen na Universidade da Pensilvânia e primeiro autor do estudo

Resultados

Comparando arestas suaves e superfícies arredondadas com cantos agudos em configurações idênticas de fluxo, os cientistas observaram como as bactérias conseguiam se movimentar facilmente contra o fluxo ao longo de curvas suaves — superfícies que se assemelham a grande parte do corpo humano — preenchendo esses canais rapidamente.

Em contraste, cantos vivos conseguem interromper o movimento e retardar a disseminação das bactérias, resultando em quase nenhuma contaminação em designs angulares. E em canais mais estreitos, as bactérias tiveram muito mais dificuldade para nadar contra a corrente.

Os resultados mais surpreendentes surgiram quando a equipe analisou o próprio fluxo do fluido. O senso comum diz que um fluxo mais forte deveria dificultar a movimentação das bactérias contra a corrente, retardando ou impedindo seu movimento. Em vez disso, a corrente agiu como uma espécie de ‘guia’: as bactérias se alinharam com o fluxo, seguiram sua estrutura e alcançaram locais a montante (na origem do fluxo) mais rapidamente do que em condições de fluido estagnado.

Quando as bactérias conseguem atingir locais mais próximos da origem do fluxo, elas formam bioagregados semelhantes a filamentos que são transportados pelo fluxo, semeando rapidamente toda a extensão do dispositivo e produzindo um aumento de aproximadamente três vezes na velocidade de colonização.

Ran Tao – doutorando no Laboratório do professor Arnold Mathijssen na Universidade da Pensilvânia e primeiro autor do estudo – afirmou que isso tem profundas implicações clínicas para infecções como as do trato urinário, porque a presença de bactérias em uma parte inferior do trato urinário pode sinalizar um problema muito maior, possivelmente nos rins, antes que os sintomas se manifestem completamente. O fluxo não protege o corpo por padrão e, em condições inadequadas, pode acelerar o problema.

Segundo o professor Arnold Mathijssen, as descobertas abrem portas que vão além da prevenção de infecções. Os mesmos princípios poderiam orientar o projeto de microrrobôs que nadam contra a corrente para administrar medicamentos precisamente onde são necessários, utilizando as estratégias aprimoradas das bactérias.

Os mecanismos que [as bactérias] usam para se reorientar contra a direção do fluxo e nadar contra a corrente são muito semelhantes aos de um microrrobô. Acredito que esta seja uma área muito promissora na biomimética – aprender com a biologia – que pode nos ajudar a criar melhores ferramentas biomédicas e, potencialmente, novas terapias

Dr. Arnold Mathijssen, biofísico e pesquisador da Universidade da Pensilvânia

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Arnold Mathijssen

Biofísico, professor e pesquisador da Universidade da Pensilvânia

Ran Tao

Doutorando no Laboratório do professor Arnold Mathijssen na Universidade da Pensilvânia

Instituições Citadas

Universidade da Pensilvânia

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Cell Newton (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página do Portal Penn Today da Universidade da Pensilvânia (em inglês).

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