Il suono del silenzio
Vi siete mai chiesti se i batteri possano emettere suoni? Grazie ad uno studio pubblicato su Nature Nanotechnology, la risposta è sì. Non si parla di frequenze sonore emesse direttamente da questi microrganismi, ma del rumore a bassa frequenza prodotto dalle loro attività che può essere rilevato grazie a nano-timpani in grafene.
La scelta del grafene per la creazione dei nano-timpani
L’utilizzo del grafene non è casuale, infatti, considerate le sue eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche, questo materiale rappresenta la scelta migliore da impiegare nella creazione di questi nano-timpani.
Nello specifico, lo studio ha riscontrato che i batteri che entrano in contatto con la membrana dei nano-timpani sono in grado di generare oscillazioni a bassa frequenza che possono essere rilevate.
L’esperimento
Per l’esperimento i ricercatori hanno innanzitutto sviluppato un supporto di silice che presentava migliaia di piccole micro-cavità circolari e su cui si era disposta una sottilissima membrana a doppio strato di grafite (< 1 nm). Matrici così composte e disposte su uno strato di silicone venivano poi immerse in un brodo di coltura contenente differenti ceppi di Escherichia coli (Fig. 1).
I movimenti dei batteri causavano delle deflessioni della membrana in corrispondenza dei nano-timpani circolari che venivano poi registrate tramite interferometro (Fig. 2).
Oltre la possibilità di rilevare le frequenze emesse da questi batteri grazie ai nano-timpani, lo studio ha anche dato una risposta riguardo alla loro origine che è da ricercarsi prevalentemene nei movimenti dei flagelli. A questo scopo sono stati testati differenti ceppi di Escherichia coli, da quelli che presentavano una iper-motilità (con più flagelli rispetto al wild type) a quelli che mostravano una motilità ridotta (minor numero di flagelli) o addirittura assente (non-motile).
Lo studio ha riscontrato che il livello di motilià aveva una grande influenza sull’ampiezza del segnale, confermando i flagelli come i principali responsabili delle oscillazioni dei nano-timpani e quindi delle frequenze emesse.
Nano-timpani e antibiotico resistenza
La scoperta non è fine a sè stessa e le sue implicazioni sono di grande rilievo, come la sua utilità nella determinaizone dell’antibiotico resistenza.
Lo studio dimostra che nel momento in cui un batterio viene trattato con un antibiotico, le oscillazzioni dei nano-timpani diminuiscono fino a cessare a causa della morte del microrganismo. In caso di antibiotico resistenza, al contrario, le oscillazzioni continuano con la stessa intensità e alla stessa frequenza (Video 1).
In conclusione, il sistema dei nano-timpani potrebbe essere quindi uno strumento fondamentale per determinare la vitalità dei batteri e comprendere se questi abbiano sviluppato antibiotico resistenza.
Come affermato dal Dr. Farbod Alijani, l’obiettivo è quello di perfezionare il sistema dei nano-timpani in grafene e validarlo per differenti microrganismi patogeni al fine di poterlo utilizzare come strumento diagnostico.
Bibliografia
- Rosłoń, I.E., Japaridze, A., Steeneken, P.G. et al. Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums. Nat. Nanotechnol. 17, 637–642 (2022). https://doi.org/10.1038/s41565-022-01111-6
- Il suono dei batteri rilevato da nano-timpani in grafene – https://phys.org/news/2022-04-bacterial-soundtracks-revealed-graphene-membrane.html
Crediti immagini
- Immagine in evidenza: composizione personale da https://pixabay.com/it/illustrations/audio-wave-reggae-audio-onda-6849100/ e https://unsplash.com/it/foto/7tgIlnxj2bM
- Figura 1 e 2: Rosłoń, I.E., Japaridze, A., Steeneken, P.G. et al. Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums. Nat. Nanotechnol. 17, 637–642 (2022). https://doi.org/10.1038/s41565-022-01111-6
Crediti video
- Video 1: Rosłoń, I.E. – TU Delft. https://www.youtube.com/watch?v=FBmpHWG9zHE
