Microbial Synthesis of Reduced Graphene Oxide Nanosheets by Proteus mirabilis MT378377 and Antibacterial Activity against Multidrug Resistant Bacteria

No mundo dos materiais modernos, poucas substâncias são tão celebradas quanto o grafeno. Imagine uma folha de átomos de carbono dispostos em um favo de mel perfeito de camada única; é incrivelmente forte, conduz eletricidade com facilidade e é tão fina que é essencialmente bidimensional. No entanto, a criação deste material puro muitas vezes requer produtos químicos agressivos, altas temperaturas ou equipamentos caros que podem ser difíceis de escalar para o uso cotidiano. Cientistas buscam há muito tempo uma maneira mais suave de fabricar essas folhas de carbono, uma que imite a eficiência da natureza. Um material relacionado, chamado óxido de grafeno, é mais fácil de produzir, mas carrega átomos de oxigênio extras em sua superfície que o tornam menos condutivo e mais solúvel em água. Para obter o melhor dos dois mundos, os pesquisadores tentam remover esses grupos de oxigênio para criar o "óxido de grafeno reduzido", um material que retém as propriedades úteis do grafeno, sendo mais fácil de manusear. O desafio reside em encontrar um método para remover esses grupos de oxigênio sem recorrer a produtos químicos tóxicos ou calor extremo, levando os cientistas a buscar uma solução no mundo microscópico das bactérias.

Uma equipe de pesquisadores do Lahore College for Women University, no Paquistão, decidiu testar se uma bactéria específica poderia realizar essa transformação química. Eles começaram coletando amostras de solo e isolando várias colônias bacterianas, realizando uma triagem para ver quais delas podiam reduzir naturalmente o óxido de grafeno. Após testar vários candidatos, identificaram uma única linhagem que se destacou. Através de análise genética, confirmaram que esta bactéria era a Proteus mirabilis, um micróbio comum encontrado no ambiente. Eles nomearam sua linhagem específica como MT378377 e partiram para entender exatamente como ela funcionava e sob quais condições ela desempenhava melhor o seu papel. O objetivo era criar um processo limpo e ecológico que pudesse produzir essas nanoestruturas de carbono em grandes quantidades, oferecendo potencialmente uma alternativa mais verde à manufatura química tradicional.

Os pesquisadores descobriram que a bactéria agia como uma fábrica viva para esses nanomateriais. Quando misturaram as bactérias com uma solução de óxido de grafeno, os micróbios começaram a remover os grupos de oxigênio, tornando a mistura de uma cor preta profunda, o que sinalizava a formação de óxido de grafeno reduzido. Para encontrar a receita perfeita para este processo biológico, a equipe ajustou várias condições, tal como um chef temperando um prato. Eles descobriram que as bactérias funcionavam melhor a uma temperatura quente de 37 graus Celsius, que é a temperatura corporal padrão para muitos organismos. Também descobriram que a acidez da água importava; um ambiente levemente ácido com um pH de 5 permitia que as bactérias produzissem mais material. Adicionar uma pequena quantidade de sal, especificamente cloreto de sódio, ajudou o processo, assim como a adição de um surfactante específico chamado Tween 80, que ajuda a misturar substâncias que normalmente não se misturam bem. A concentração mais eficaz do óxido de grafeno inicial era de um miligrama por mililitro, e as bactérias funcionavam melhor quando mantidas no escuro, em vez da luz.

Uma vez estabelecidas as condições ideais, a equipe mediu quanto material era produzido e como ele era. Sob as condições certas, as bactérias geraram uma quantidade significativa de óxido de grafeno reduzido, que os pesquisadores confirmaram usando testes de absorção de luz. Quando examinaram o produto final sob microscópios poderosos, viram que as bactérias haviam criado com sucesso estruturas finas, semelhantes a folhas. Essas folhas tinham aproximadamente 91 nanômetros de tamanho, uma escala tão pequena que um milhão delas caberia na largura de um fio de cabelo humano. O material também carregava uma carga elétrica negativa em sua superfície, o que ajuda a evitar que as folhas se aglomerem e garante que permaneçam suspensas na água. A análise química mostrou que, embora as bactérias tenham removido muitos dos grupos de oxigênio do óxido de grafeno original, algum oxigênio permaneceu ligado à superfície, conferindo ao material propriedades químicas únicas.

Os pesquisadores testaram então se essas recém-criadas nanoestruturas poderiam combater bactérias perigosas, olhando especificamente para linhagens multirresistentes de Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Salmonella typhi. Eles compararam o desempenho do óxido de grafeno original, do novo óxido de grafeno reduzido e do grafite padrão. Os resultados foram surpreendentes. O óxido de grafeno original provou ser uma arma potente, criando zonas claras onde as bactérias não podiam crescer, com o efeito tornando-se mais forte à medida que a concentração aumentava. No entanto, o óxido de grafeno reduzido produzido pelas bactérias não mostrou capacidade de matar esses patógenos resistentes nas concentrações testadas. O grafite padrão também falhou em deter as bactérias. A equipe concluiu que, embora as bactérias tenham criado o material com sucesso, a estrutura química específica do óxido de grafeno reduzido o tornou menos eficaz em matar bactérias do que a versão original não reduzida.

Apesar da falta de atividade antibacteriana no produto final, o estudo destaca um método bem-sucedido e ambientalmente amigável para a fabricação de nanomateriais. Os pesquisadores observaram que o óxido de grafeno reduzido que produziram é não tóxico e retém grupos funcionais que poderiam ser úteis para outras aplicações, como transportar drogas ou genes para dentro das células para tratamentos médicos. A grande área de superfície deste material também sugere que ele poderia ser útil em ambientes industriais, talvez como um lubrificante para maquinário. Embora esta linhagem bacteriana específica não tenha produzido um material que mata bactérias multirresistentes por si só, o processo em si oferece um caminho promissor e de baixa energia para criar nanomateriais que poderiam ser combinados com outros agentes para combater infecções ou servir como sistemas avançados de entrega na medicina. O trabalho demonstra que a natureza pode, de fato, ser aproveitada para construir materiais complexos, desde que as condições certas sejam atendidas.