Imágenes en 3D que muestran bacterias (verde) dentro de una matriz de biofilm (rojo) con tratamiento con nanoenzimas (derecha) y sin tratamiento con nanoenzimas (izquierda). La nanozima mata las bacterias e inhibe la formación de biopelículas Crédito:Kritika Khulbe y Kapudeep Karmakar
En un avance significativo en la batalla contra la resistencia a los antibióticos, un equipo de investigación del Instituto Indio de Ciencias (IISc) ha sintetizado un nanomaterial que imita una enzima y puede desintegrar las membranas celulares de una variedad de bacterias que causan enfermedades. El estudio, publicado en la revista Materiales biológicos aplicados ACS, es una colaboración entre investigadores del Departamento de Química Física e Inorgánica (IPC) y el Departamento de Microbiología y Biología Celular (MCB).
El descubrimiento de los antibióticos revolucionó el campo de la medicina. En la década de 1960, muchos expertos en salud incluso creían que la lucha contra las enfermedades infecciosas estaba en sus etapas finales. Sin embargo, Las últimas décadas han visto un nuevo desafío:la evolución de la resistencia a los antibióticos en las bacterias patógenas.
Los antibióticos suelen actuar interfiriendo con las actividades celulares de las bacterias. Durante muchas generaciones, gracias en gran parte al mal uso y uso excesivo de antibióticos, Varias bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos al producir sus propias enzimas que se dirigen a los medicamentos.
Las membranas celulares de todos los organismos, incluyendo bacterias, tienen dos capas de lípidos que contienen moléculas de fosfato. "El fosfolípido es un componente esencial de la membrana celular, "explica Kapudeep Karmakar, un ex Ph.D. estudiante de MCB y primer autor conjunto de este artículo junto con Kritika Khulbe, ex Ph.D. Estudiante en IPC. Por lo tanto, los investigadores decidieron apuntar a estos fosfolípidos con la ayuda de nanomateriales que romperían los enlaces que mantienen unida la bicapa de la membrana. Estos nanomateriales se conocen como nanozimas. Según los autores, Dado que las nanozimas se dirigen directamente a la integridad química de los fosfolípidos para destruir la membrana celular, es menos probable que las bacterias desarrollen resistencia contra ellas.
Imágenes de microscopía confocal que muestran ADN bacteriano (magenta) y membrana celular (verde) en una célula bacteriana normal (izquierda). El ADN rezuma de las células bacterianas cuando se trata con nanozima (derecha) que altera la membrana celular. Crédito:Kritika Khulbe y Kapudeep Karmakar
Para desarrollar este nuevo compuesto, El equipo sintetizó una nanozima basada en óxido de cerio utilizando lo que se conoce como método de coprecipitación química. En el siguiente paso, llevaron a cabo una reacción entre óxido de cerio y poliacrilato de sodio en una solución básica para recubrir las nanopartículas con polímeros. El recubrimiento de polímero permite que la nanozima se disperse sobre cualquier superficie o material y aumenta su actividad.
Luego, el nanomaterial se probó en el laboratorio en varias bacterias potencialmente patógenas, como Salmonela Typhi, Shigella flexneri , Escherichia coli , Vibrio cholerae y Klebsiella pneumoniae , que causan la fiebre tifoidea, gastroenteritis, disentería, cólera y neumonía, respectivamente. Lo que el equipo encontró fue que la nanozima detuvo su crecimiento y posteriormente inhibió la formación de biopelículas, una comunidad de bacterias densamente poblada.
"La mayoría de los antibióticos no pueden atravesar las biopelículas. Nuestros nanomateriales pudieron penetrar incluso a un niño de 10 días, biofilm bien desarrollado y mostró actividad antibacteriana dentro del biofilm debido a su pequeño tamaño, "dice Khulbe.
Los investigadores también probaron la nanozima en catéteres urinarios. Estos dispositivos médicos son vulnerables a la formación de biopelículas patógenas en sus superficies, que conduce a infecciones en los pacientes. En un entorno de laboratorio, el equipo descubrió que la unión bacteriana a la superficie del catéter se reduce significativamente con el tratamiento con la nanozima. Debido a que la nanozima no distingue entre células humanas y microbianas, los investigadores cubrieron estratégicamente solo la superficie interna del catéter para matar los microbios. Para utilizar su nanomaterial en otros dispositivos médicos, Se necesitarían más investigaciones para garantizar que no haya contacto entre las células humanas y las nanozimas.
