Targeting Bacterial Gas Defenses Allow for Increased Efficacy of Numerous Antibiotics

ScienceDaily (Nov. 17, 2011) — Although scientists have known for centuries that many bacteria produce hydrogen sulfide (H2S) it was thought to be simply a toxic by-product of cellular activity. Now, researchers at NYU School of Medicine have discovered H2S in fact plays a major role in protecting bacteria from the effects of numerous different antibiotics.

Bacterial clusters living in the lungs of a cystic fibrosis patient are highly resistant to killing by antibiotics.

In the study led by Evgeny Nudler, PhD, the Julie Wilson Anderson Professor of Biochemistry at NYU School of Medicine, researchers found evidence that H2S acts as a general defense mechanism against oxidative stress, the process through which many antibiotics kill bacteria.

This information provides the basis for developing new techniques to suppress this universal bacterial defense mechanism and make bacteria more susceptible to antibiotics at lower doses. It also paves the way for reversing antibiotic resistance in human pathogens such as Staphylococcus, Pseudomonas,E. coli, and many others.

The study's findings were published online on November 17 edition ofScience.

"Surprisingly little has been known about H2S biochemistry and physiology in common bacteria" said Dr. Nudler. "We are excited about the potential impact this research may have on the growing problem of microbial resistance. These findings suggest a conceptually new approach, an adjuvant therapy that targets bacterial gas defenses and thus increases the efficacy of many clinically used antibiotics."

More specifically, the study showed that integrated mechanism of H2S-mediated protection against oxidative stress also protects against antibiotics. The research provides direct support for the emerging concept of the pro-oxidative action of many antibiotics.

In addition, the study demonstrates that bacteria that generate both H2S and nitric oxide (NO) simultaneously, such as B. anthracis (a causative of anthrax), cannot survive without both gases, even under normal growth conditions. One gas makes up for the lack of the other and at least one of them is essential.

In a previous study Dr. Nudler and his colleagues demonstrated that NO plays a similar role in protecting bacteria from antibiotics (Science September 9, 2009). However, because NO is present in only a limited number of bacteria while hydrogen sulfide synthesis occurs in essentially all bacteria, the practical implications of this new finding is extremely wide-ranging.

Smart Swarms of Bacteria Inspire Robotics: Adaptable Decision-Making Found in Bacteria Communities

ScienceDaily (Nov. 17, 2011) — Much to humans' chagrin, bacteria have superior survival skills. Their decision-making processes and collective behaviors allow them to thrive and even spread efficiently in difficult environments.

Simulated interacting agents collectively navigate towards a target. 

Now researchers at Tel Aviv University have developed a computational model that better explains how bacteria move in a swarm -- and this model can be applied to human-made technologies, including computers, artificial intelligence, and robotics. Ph.D. student Adi Shklarsh -- with her supervisor Prof. Eshel Ben-Jacob of TAU's Sackler School of Physics and Astronomy, Gil Ariel from Bar Ilan University and Elad Schneidman from the Weizmann Institute of Science -- has discovered how bacteria collectively gather information about their environment and find an optimal path to growth, even in the most complex terrains.

Studying the principles of bacteria navigation will allow researchers to design a new generation of smart robots that can form intelligent swarms, aid in the development of medical micro-robots used to diagnose or distribute medications in the body, or "de-code" systems used in social networks and throughout the Internet to gather information on consumer behaviors. The research was recently published inPLoS Computational Biology.

A dash of bacterial self-confidence

Bacteria aren't the only organisms that travel in swarms, says Shklarsh. Fish, bees, and birds also exhibit collective navigation. But as simple organisms with less sophisticated receptors, bacteria are not as well-equipped to deal with large amounts of information or "noise" in the complex environments they navigate, such as human tissue. The assumption has been, she says, that bacteria would be at a disadvantage compared to other swarming organisms.

But in a surprising discovery, the researchers found that computationally, bacteria actually have superior survival tactics, finding "food" and avoiding harm more easily than swarms such as amoeba or fish. Their secret? A liberal amount of self-confidence.

Many animal swarms, Shklarsh explains, can be harmed by "erroneous positive feedback," a common side effect of navigating complex terrains. This occurs when a subgroup of the swarm, based on wrong information, leads the entire group in the wrong direction. But bacteria communicate differently, through molecular, chemical and mechanical means, and can avoid this pitfall.

Based on confidence in their own information and decisions, "bacteria can adjust their interactions with their peers," Prof. Ben-Jacob says. "When an individual bacterium finds a more beneficial path, it pays less attention to the signals from the other cells. But at other times, upon encountering challenging paths, the individual cell will increase its interaction with the other cells and learn from its peers. Since each of the cells adopts the same strategy, the group as a whole is able to find an optimal trajectory in an extremely complex terrain."

Benefitting from short-term memory

In the computer model developed by the TAU researchers, bacteria decreased their peers' influence while navigating in a beneficial direction, but listened to each other when they sensed they were failing. This is not only a superior way to operate, but a simple one as well. Such a model shows how a swarm can perform optimally with only simple computational abilities and short term memory, says Shklarsh, It's also a principle that can be used to design new and more efficient technologies.

Robots are often required to navigate complex environments, such as terrains in space, deep in the sea, or the online world, and communicate their findings among themselves. Currently, this is based on complex algorithms and data structures that use a great deal of computer resources. Understanding the secrets of bacteria swarms, Shklarsh concludes, can provide crucial hints towards the design of new generation robots that are programmed to perform adjustable interactions without taking up a great amount of data or memory.

Aparelho consegue medir níveis de glicose em lágrima

Um estudo da Universidade de Michigan, nos EUA, deu um passo importante para livrar diabéticos do ritual incômodo de picar o dedo várias vezes por dia para medir os níveis de glicose no sangue. A alternativa: lágrimas.

Ocorre que, segundo a equipe liderada por Mark Meyerhoff, o fluido das lágrimas --que não aparece apenas quando as pessoas choram, mas está presente com frequência como lubrificante dos olhos-- também reflete o conteúdo de glicose do organismo, podendo ser examinado de forma confiável.

Editoria de Arte/Folhapress 

Em artigo na revista científica "Analytical Chemistry", Meyerhoff e companhia descrevem a criação de um sistema relativamente simples, envolvendo componentes comuns na indústria eletrônica, para medir os níveis de glicose nas lágrimas.

Os testes foram feitos com coelhos, revelando que o sensor dos pesquisadores é capaz de detectar os níveis da molécula de açúcar em amostras de apenas 5 microlitros de fluido lacrimal.

É um volume, de fato, muito pequeno, pouco mais de um milionésimo do encontrado numa garrafa d'água de 1 litro, por exemplo.

SENSIBILIDADE

Esse era justamente um dos problemas para colocar em prática a medição alternativa de glicose: como aumentar a sensibilidade. Fala-se em substituir sangue por lágrimas desde os anos 1950.

A questão é que, quando os cientistas foram comparar o metabolismo do sangue com o das lágrimas, viram que a presença de glicose nessas últimas era muito menor --entre 1/30 e 1/50 da quantidade encontrada na corrente sanguínea.

Também não estava claro se a correlação entre açúcar no sangue e no fluido lacrimal era confiável. Se as flutuações fossem grandes demais, com níveis altos nas lágrimas não necessariamente associados a níveis elevados no sangue, um teste desse tipo seria inútil.

Os pesquisadores de Michigan levaram em conta todas essas dúvidas no teste com 12 coelhos --todos devidamente anestesiados e imobilizados, porque era preciso comparar os exames de sangue com os de lágrimas.

As amostras lacrimais eram recolhidas num tubinho de apenas 0,84 milímetro de diâmetro. O sensor desenvolvido pelos cientistas é mergulhado dentro do fluido.

Para detectar com precisão a quantidade de glicose na amostra, o sensor usa uma enzima (proteína que acelera reações químicas) que degrada o açúcar. A sobra da reação gera um sinal elétrico cuja intensidade diz quanta glicose está presente ali.

Graças a outros componentes do sensor que o ajudam a "ignorar" a presença de outras moléculas das lágrimas, que poderiam ser confundidas com a glicose, o sistema tem bom grau de precisão.

Os dados obtidos com os coelhos também mostraram que há uma correlação forte entre níveis de glicose no sangue e nas lágrimas.

O que acontece é que a correlação muda um pouco de indivíduo para indivíduo. Por isso, talvez seja necessária uma calibragem fazendo um exame inicial de sangue antes de partir para testes com o fluido das lágrimas.

A equipe, agora, pretende melhorar ainda mais a sensibilidade do teste para poder empregá-lo em pessoas.

Einstein realiza primeira cirurgia de ponte de safena por meio de um robô

A distância, cirurgião manipula braços do robô por meio de joysticks

Médicos do Hospital Israelita Albert Einstein, em São Paulo, realizaram ontem a primeira cirurgia da América Latina de revascularização do miocárdio - popularmente chamada de "ponte de safena" - totalmente por meio de um robô.

Há pouco mais de um ano, a mesma equipe de cirurgiões fez a primeira troca de válvula cardíaca também totalmente robotizada - cirurgia menos complexa do que a revascularização.

O paciente operado é Alvacir Percival Silveira, de 49 anos, de Joinville (SC). Silveira sofreu um enfarte em novembro e não se recuperou com medicamentos. Passou a apresentar insuficiência coronariana - cansaço aos mínimos esforços - já que estava com uma das artérias quase totalmente comprometida. Por isso, tinha indicação cirúrgica.

A operação - que evitou um corte de 25 cm no peito do paciente - foi comandada "a distância" pelo cirurgião Robinson Poffo, que manipulou os braços do robô em um console longe do paciente, por meio de joysticks.

Também foi acompanhada pelos cirurgiões de apoio Alisson Toschi, Renato Pope e Alex Cellulare - a eles coube a missão de acompanhar o procedimento ao lado do paciente para cuidar da circulação sanguínea, monitorar as imagens e fazer a troca de pinças e fios usados pelo robô.

A cirurgia durou pouco mais de cinco horas e Silveira recebeu uma ponte de mamária - artéria que fica próxima ao coração e que foi ressecada durante o procedimento.

"Primeiro incorporamos o robô para cirurgia de troca de válvula, que é mais simples. Agora subimos mais um degrau e fomos para a revascularização. É um avanço grande", diz Poffo.

Segundo Poffo, uma das vantagens da cirurgia robótica é evitar abrir o peito do paciente, como acontece nas cirurgias tradicionais - o que aumenta o risco de infecções e torna a recuperação bem mais lenta: são dois dias na UTI, dez dias no hospital e até 60 dias para retomar as atividades.

Na cirurgia robótica, são feitas quatro pequenas incisões de 1 cm cada ao lado esquerdo do peito, por onde passam uma microcâmera, afastadores, pinças e outros instrumentos.

Sem o campo aberto, o risco de infecções cai significativamente. Além disso, há menos sangramento e complicações - já que o robô filtra possíveis tremores do cirurgião e as pinças permitem movimentos mais precisos e delicados. O paciente permanece apenas um dia na UTI, fica três dias internados e em dez dias pode retomar as atividades normalmente.

O custo de uma cirurgia robótica é cerca de 30% mais alto do que uma de peito aberto, mas, segundo Poffo, esses gastos acabam sendo minimizados, já que o paciente fica menos tempo em UTI e tem alta mais rápido.

"O custo da incorporação de novas técnicas é alto e o treinamento é longo e complexo, exige muito mais habilidade do cirurgião. Mas com o domínio da técnica, a tendência é reduzir esses valores", avalia Poffo.

Bernardo Tura, coordenador de ensino e pesquisa do Instituto Nacional de Cardiologia, vinculado ao Ministério da Saúde, diz que essa é uma tecnologia que ainda deve demorar para ser usada em saúde pública.

"Os potenciais benefícios da técnica são grandes. Mas isso exige um profissional mais preparado, um aparelho especial. Uma coisa é fazer em casos selecionados, outra é fazer de forma generalizada", pondera.

O cirurgião Januário Manuel de Souza, do Hospital Beneficência Portuguesa, tem a mesma opinião. "É uma técnica espetacular, mas ainda está muito longe de ser usada rotineiramente. Além do preço do robô ser um limitador, isso dependeria de uma equipe muito especializada. Talvez, à medida que ela for sendo feita, mais equipes se especializem e o preço caia", diz.

Hoje a mesma equipe fará mais uma revascularização por meio do robô. Desta vez, será um homem de 73 anos, de Curitiba.

Pessoas saudáveis morrem mais após infarto

Pessoas com fatores de risco para doenças cardíacas, como pressão alta e colesterol elevado, têm mais chance de sobreviver após um ataque do coração do que aquelas completamente saudáveis. Isso é o que revela um novo estudo que acompanhou mais de 500 mil pacientes nos Estados Unidos, publicado no Journal of the American Medical Association.

Segundo os autores, mesmo levando em conta influências como idade e peso, o resultado mostra que, quanto maior o número de fatores de risco, menor a chance de morrer. "Após ajustar dados como idade e outros fatores clínicos, houve uma associação inversa entre o número de fatores de risco para ao coração e mortalidade no hospital", diz o líder do estudo, John Canto.    

Para os pesquisadores, uma possível explicação para a descoberta é que pessoas com problemas conhecidos podem estar recebendo remédios, como estatinas e betabloqueadores, que ajudam a protegê-las após o ataque cardíaco.  Esses pacientes também tendem a visitar o médico com mais frequência.

Também é possível que pacientes sem os tradicionais fatores de risco tenham outros fatores não avaliados, ou problemas no fluxo sanguíneo, por exemplo.

Os dados avaliados vieram de registros de internações entre 1994 e 2006. Do total de pacientes, mais de 85% tinham pelo menos um fator de risco, como pressão alta, colesterol elevado, diabetes ou histórico familiar _ e pessoas com mais de um tinham sofrido ataques do coração mais jovens.

Após levar em conta o fato de que pessoas que não tinham fatores de risco eram frequentemente mais velhas, e ajustar dados como peso, raça e gênero, o estudo descobriu que aqueles que não fumavam, não tinham diabetes, colesterol alto ou histórico familiar tinham 50% mais chance de morrer no hospital do que os demais.

Um em cada sete pacientes com nenhum sinal de alerta morreu. No grupo dos que tinham fatores de risco, a mortalidade foi de um em 28.

Os autores também observaram que pacientes com mais fatores de risco tinham mais probabilidade de tomar medicação nas primeiras 24 horas da internação ou passar por uma cirurgia.

"A população realmente precisa identificar os fatores de risco que podem ser tratados precocemente, e esses tratamentos melhoram o prognóstico", diz Canto. "À medida que a pessoa envelhece, o fato de não ter fatores de risco não significa que ela não precise fazer consultas de rotina", alertam os médicos.