60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

A humanidade tem enfrentado nos últimos anos um aumento crescente das doenças causadas por bactérias, como a tuberculose. O uso inadequado de antibióticos tem ajudado a criar cepas de bactérias resistentes aos antibióticos mais conhecidos. Os métodos tradicionais utilizados na determinação do antibiótico a ser usado no tratamento são demorados e imprecisos. Uma tentativa de reverter esse quadro deve ser acompanhada por testes eficientes de suscetibilidade bacteriana, que também ajudam na busca por novos antibióticos. Existem métodos sofisticados de medir metabolismo bacteriano em tempo real, entretanto são onerosos, apresentando um obstáculo à ampla utilização dos mesmos. Neste trabalho descreve-se o funcionamento de um aparato de baixo custo que monitora atividade bacteriana interferometricamente de várias amostras, em tempo real e de forma completamente automática. Além do funcionamento do aparato, apresenta-se algumas medidas realizadas com o mesmo em ensaios com as espécies Mycobacterium bovis BCG e Mycobacterium smegmatis. Estabelece-se uma relação entre mudança de índice de refração e concentração bacteriana, além da constante de tempo de crescimento bacteriano para estas espécies.

METODOLOGIA:

Mostramos em um trabalho anterior que a atividade metabólica de bactérias pode ser monitorada por medidas interferométricas muito precisas das mudanças do índice de refração do meio de cultura, onde as bactérias são cultivadas. Construímos um aparato cujo princípio de funcionamento consiste em um interferômetro de Michelson cujos feixes atravessam porta-amostras. Cada porta-amostra é constituído por duas canaletas, sendo que uma é preenchida com meio de cultura e a outra com meio de cultura e bactérias. Um dos espelhos do interferômetro é girado de forma a obter-se franjas de interferência paralelas, que são capturadas por uma câmera CMOS comercial (webcam). Desenvolvemos um programa de computador que analisa o interferograma obtido pela webcam e extrai a fase relativa entre os dois feixes interferentes. Através dessa fase relativa em função do tempo, obtém-se a variação temporal da diferença de índice de refração dos líquidos contidos nas duas canaletas dos porta-amostras. Tal variação temporal é proporcional à taxa com a qual os nutrientes são consumidos no meio de cultura. Para a validação e calibração do aparato, realizamos ensaios com as espécies Mycobacterium bovis BCG e Mycobacterium smegmatis, acompanhados pelos métodos IBC e CFU como referência.

RESULTADOS:

Conseguimos obter medidas em tempo real da atividade bacteriana para as amostras analisadas. Conseguimos detectar atividade bacteriana para populações de 1.8x10⁵ bactérias ativas, com a precisão atual do aparato, que é de 6x10^-7dia^-1 (diferença de índice de refração). Obtivemos a constante de proporcionalidade entre concentração bacteriana e variação da diferença de índice de refração, o que permitiu estimar o consumo de glicose por 1 única bactéria. Outros dados interessantes que puderam ser extraídos foram as constantes de tempo de crescimento bacteriano e o consumo de nutrientes por duplicação. Verificamos que o aparato funciona perfeitamente em situações reais, realizando testes de viabilidade do uso de antibióticos e extratos vegetais no meio de cultura.

CONCLUSÕES:

Foi mostrado que crescimento bacteriano de espécies de crescimento lento pode ser observado interferometricamente em várias amostras simultaneamente. Para a espécie M. bovis BCG mostrou-se que a taxa de variação da diferença de índice de refração e a concentração bacteriana são proporcionais. Essa constante de proporcionalidade foi determinada, bem como a constante de tempo de crescimento bacteriano para as espécies M. bovis e M. smegmatis. Esses valores podem ser usados para determinar o número de bactérias em amostras, a partir de valores experimentais das mudanças de índice de refração. Esses são alguns parâmetros básicos para futuras construções de Interferômetros de Atividade Metabólica. A sensibilidade atual do aparato é alta o suficiente para trabalhos de pesquisa reais mas existem melhorias a serem concluídas.

Instituição de fomento: CNPq, FAPEMIG, SEBRAE

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: tuberculose, interferometria, susceptibilidade bacteriana

E-mail para contato: elton@fisica.ufjf.br