En estas escalas de tiempo ultrarrápidas, el equipo observó que los fármacos creaban poros microscópicos en la capa exterior protectora de la bacteria, lo que provocaba que su contenido se filtrara y la célula muriera.
Los experimentos son algunos de los primeros de su tipo y los resultados podrían allanar el camino para diseñar antibióticos más eficaces que se dirijan a la membrana bacteriana de manera más específica.
La investigación se publica en la revista ACS Central Science.
¿Cómo funcionan los antibióticos?
Una forma en que los antibióticos matan las bacterias es atacando y dañando la integridad de la membrana externa bacteriana, compuesta por una bicapa de fosfolípidos.
Son dos capas de moléculas de grasa (fosfolípidos) que forman una barrera alrededor de todas las células bacterianas. La bicapa es una estructura dinámica y compleja que tiene propiedades físicas únicas, como su fluidez, que dependen de los tipos y la cantidad de lípidos en la membrana.
La alteración de la membrana es una de las principales causas de muerte bacteriana, pero no se ha entendido completamente cómo sucede exactamente esto, en gran parte porque estos eventos ocurren en escalas de tiempo excepcionalmente cortas.
El estudio actual aborda esta brecha de conocimiento combinando experimentos con simulaciones computacionales para investigar los procesos iniciales involucrados en el daño de la membrana.
Capturando lo invisible
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Oxford y la Universidad de California en San Diego utilizó microscopía de fuerza atómica de alta velocidad (HS-AFM) para observar un antibiótico que altera la membrana interactuando con una membrana bacteriana casi en tiempo real.
El instrumento de alta velocidad registra las interacciones entre una punta oscilante a nanoescala y un material blando a una velocidad de casi 770.000 cuadros por segundo, revelando detalles que no se pueden ver usando métodos de imágenes convencionales.
El equipo utilizó las capacidades únicas del instrumento para capturar los eventos que suceden en escalas de tiempo de microsegundos a milisegundos después de que un antibiótico hace contacto con la membrana bacteriana, lo que les permitió observar el comienzo del proceso de muerte celular.
El profesor Aleksander Bublitz, del Departamento de Química de Oxford, afirmó:«Es increíblemente difícil obtener imágenes de procesos rápidos a escalas de longitud tan pequeñas, pero combinando esta herramienta con simulaciones computacionales podemos empezar a comprender cómo los antibióticos provocan la rotura de las membranas. Luego podremos utilizar esa información para diseñar mejores fármacos que se dirijan específicamente a las membranas bacterianas y las alteren de forma más eficaz».
Nuevos conocimientos
La investigación revela, por primera vez, el papel crucial que desempeñan la fluidez de la membrana bacteriana y la dinámica de unión de las moléculas de antibióticos en el proceso de formación de poros.
Al imitar el sistema con simulaciones por computadora, los investigadores pudieron ver cómo funciona el antibiótico a nivel atómico.
Las simulaciones les permitieron identificar lípidos de membrana particulares e interacciones antibióticos-membrana específicas que son fundamentales para el proceso de formación de poros.
Esta información se puede utilizar para desarrollar fármacos más eficaces mediante la ingeniería de moléculas específicas que se dirijan a los lípidos identificados o a los sitios de unión de antibióticos.
