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Nanocristais de celulose podem reduzir atividade bacteriana em superfícies, aponta pesquisa

Com revestimentos feitos a partir dos nanocristais, pesquisadores conseguiram tornar inativas até 90% das células da bactéria E. coli

Além de apresentarem óbvios riscos à saúde da população, algumas bactérias podem afetar também diferentes indústrias, em diversos níveis. Por exemplo, sistemas de filtração e dessalinização de água são vítimas de um processo conhecido como bioincrustação (biofouling), que consiste na adesão e no acúmulo de bactérias às membranas das superfícies que são utilizadas nesses sistemas.

Para diminuir esse problema, que reduz o tempo de vida das membranas e causa prejuízos tanto de saúde quanto econômicos, uma solução é a utilização de revestimentos feitos com produtos que possam eliminar as bactérias. É o que tem estudado equipe de pesquisadores da Universidade Federal do Ceará, com foco em revestimentos de nanocristais de celulose (CNCs).

Extraída de plantas como o capim-elefante, a celulose é convertida em nanocristais, utilizados na solução antibacteriana (Foto: Divulgação)

Em artigo publicado no periódico ACS Sustainable Chemistry & Engineering, os pesquisadores descrevem como superfícies revestidas com esses nanocristais foram capazes de tornar inativas até 90% das células da bactéria Escherichia coli (ou E. coli), que, dependendo do tipo, pode ser nociva para o trato gastrointestinal humano, se estiver presente em alimentos, por exemplo.

Com os achados da pesquisa, uma lacuna sobre o conhecimento que se tinha sobre os nanocristais de celulose passou a ser preenchida: os mecanismos de toxicidade dos CNCs para microrganismos como a E. coli, uma vez que estudos anteriores já haviam demonstrado esse potencial antibacteriano, mas os motivos para isso ainda não eram claros.

“O mecanismo de toxicidade proposto para o material é o contato físico com o microorganismo”, explica Victor Teixeira Noronha, doutorando em Biotecnologia de Recursos Naturais na UFC e um dos autores do estudo. “Enquanto a maioria das abordagens se baseia no uso de compostos químicos para interrupção de processos bioquímicos nos microrganismos, os nanocristais de celulose atuam pela promoção de um estresse físico nesses organismos.”

Isso significa que revestimentos feitos com CNC inativam as bactérias por conta de suas estruturas, que se assemelham a agulhas e perfuram a membrana celular dos microrganismos. É com essa perfuração que as bactérias perdem sua capa lipídica, que as protege de danos e funciona como barreiras.

Para chegar nesses resultados, as bactérias E. coli foram postas em contato com uma superfície revestida de CNC durante três horas, para depois ser realizada a contagem de células bacterianas que aderiram a essa superfície. Além disso, filtros sem revestimento de CNC foram usados como controle. Foi na comparação entre os materiais que se percebeu a diferença de 90% na taxa de contaminação, a depender também da concentração de nanocristais utilizados.

CELULOSE

Com o crescimento da demanda por nanomateriais com atividade antimicrobiana, os CNCs ganham destaque não só por sua efetividade como também pela praticidade gerada pela matéria-prima que utilizam. Abundante na natureza, a celulose pode ser encontrada nas células de plantas, incluindo suas folhas, fibras e madeira, o que facilita o processo de produção dos nanocristais.

Outras alternativas de revestimentos antibacterianos já haviam sido testadas, como polímeros feitos a partir de materiais chamados zwitterion, compostos de amônia, nanomateriais como o óxido de grafeno e nanopartículas de prata, mas todos apresentavam desvantagens, seja no próprio uso, seja nos riscos que traziam para o meio ambiente.

Uma hipótese para a toxicidade dos CNCs era o processo de oxidação, mas a pesquisa confirmou que o contato físico é o principal fator (Foto: Reprodução)

A partir do sucesso dos estudos sobre os nanocristais de celulose e sua capacidade de redução do processo de biofouling, os pesquisadores avaliam agora como tornar ainda mais eficiente o mecanismo de atuação desses materiais.

“Estudos com a incorporação de outros materiais aos nanocristais, visando melhorar ainda mais as propriedades antibacterianas, também estão sendo realizados. A intenção para análises futuras é também utilizar bactérias mais comumente presentes nesses sistemas de filtração e dessalinização e não somente bactérias-modelo”, projeta Victor.

EQUIPE

O estudo foi feito em parceria da UFC com a Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e a Universidade da Flórida (EUA). Participam da pesquisa ainda os professores Amauri Jardim de Paula e Antonio Gomes de Souza Filho, do Departamento de Física da UFC; a Profª Camila Rezende e a pesquisadora Camilla Camargos, do Instituto de Química da UNICAMP; e a Profª Andreia Faria e a pesquisadora Jennifer Jackson, do Departamento de Ciências da Engenharia Ambiental da Universidade da Flórida.

A pesquisa, fruto de investimento da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), por meio do Programa Institucional de Internacionalização (PRINT), é resultado também de bolsa de doutorado-sanduíche de Victor Teixeira Noronha.

O artigo completo (em inglês) publicado na ACS Sustainable Chemistry & Engineering pode ser lido aqui.

Fonte: Victor Teixeira Noronha, do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia de Recursos Naturais – e-mail: victor.noronha@fisica.ufc.br

Kevin Alencar 20 de abril de 2021

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