Frente al crecimiento de la aguda amenaza sanitaria que implica para la humanidad la progresiva resistencia a los antibióticos, Julieta Chiappero (35), investigadora de la Universidad Nacional de Río Cuarto (UNRC), busca antimicrobianos alternativos a partir de nanomateriales que absorben luz infrarroja cuyo calor mata a los patógenos. Esta novedosa iniciativa le valió ser elegida en el marco del programa Jóvenes en Ciencia, del Gobierno de Córdoba, con dos subsidios de cien mil pesos cada uno.

El proyecto se llama “Rol de la membrana plasmática en la inactivación bacteriana desencadenada por la acción combinada de nanomateriales y radiación NIR” y tiene como objetivo analizar el efecto bactericida de diferentes nanomateriales conductores per se o combinados con radiación NIR y de nanoclusters metálicos; a la vez que dilucidar el rol de la membrana plasmática en el efecto bactericida per se o por inactivación fototérmica.

La especialista explora el mecanismo de acción bactericida de los materiales propuestos sobre las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, patógenos oportunistas que tienen la capacidad de desarrollar diversas infecciones en pacientes internados, cuyo sistema inmune se encuentra comprometido.

Remedios esenciales están perdiendo eficacia y eso atenta contra la seguridad de los pacientes. La resistencia microbiana incrementa los riesgos asociados a las intervenciones quirúrgicas que permiten salvar vidas y aumenta la precariedad de los sistemas de salud pública.

El uso indiscriminado de antibióticos a lo largo de los años ha desencadenado la aparición de microorganismos resistentes a estos medicamentos que combaten los gérmenes patógenos. Los microbios ya no responden a los fármacos creados para atacarlos. No se eliminan y continúan multiplicándose dentro del organismo. De esta manera, se convierten en los principales causantes de infecciones intrahospitalarias, que pueden dejar secuelas graves y hasta provocar la muerte.

Las dos bacterias estudiadas –Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus– tienen la capacidad de producir un biofilm, es decir, un microambiente que se genera por etapas y que, cuando está terminado, las bacterias se encuentran protegidas del entorno por capas de EPS (exopolisacáridos) que además contienen lípidos, ADN extracelular y proteínas. Esta barrera las separa de cualquier infiltración de antibióticos que se haga en la zona, por lo que las infecciones generadas por este tipo de bacterias plantean un reto a la hora de desarrollar terapias antibióticas efectivas.

En los últimos años, las investigaciones se han focalizado en el desarrollo de antimicrobianos alternativos, que no presenten una gran resistencia, entre ellos la aplicación de nanomateriales, solos o combinados con radiación NIR –del espectro infrarrojo cercano–. Los nanomateriales tienen propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro, son hasta cien mil veces menores que el diámetro de un cabello humano.

Este tipo de terapias utiliza nanomateriales capaces de absorber la luz del espectro NIR y convertirla en calor, por lo que, al estar en el mismo medio que el patógeno, se genera una acción bactericida mediada por altas temperaturas

–inactivación fototérmica–.

Toda radiación por encima de una longitud de onda de 700 nanómetros se llama infrarroja. El primer tramo es la radiación de onda corta, también conocida como radiación de calor o radiación infrarroja cercana (NIR, por sus siglas en inglés, hasta 2.500 nm). Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro. Por otro lado, algunos nanomateriales generan su acción por disrupción de la membrana plasmática o por la formación de poros en ella (la membrana plasmática se encuentra en todas las células y separa el interior de esta del ambiente exterior).

Nanomateriales que matan a las bacterias

La acción de los nanomateriales desencadena una serie de respuestas en las bacterias que culmina con su muerte; por ejemplo: la presencia de especies reactivas del oxígeno, modificaciones en la fluidez, la composición lipídica y la polaridad de las membranas, cambios en la tasa metabólica y en la viabilidad, entre otras.

Julieta Chiappero es doctora en Ciencias Biológicas y desarrolla su actividad en el Departamento de Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Exactas. Según señaló a Argentina Investiga, sus estudios hacen eje en la membrana plasmática, los nanomateriales y la inactivación de microorganismos y patógenos.

En el marco de este proyecto, la investigadora trabaja con el doctor en Ciencias Químicas Gustavo Monti, quien desarrolla los nanoclusters de plata y estudia sus características, mientras que ella se centra en la parte microbiológica, con eje en el mecanismo de acción bactericida de los materiales propuestos sobre bacterias Gram (-): P. aeruginosa y Gram (+): S. aureus, mediante la incubación de bacterias con diferentes concentraciones de los nanomateriales (per se) y en IF por la acción combinada de nanomateriales en presencia y en ausencia de radiación NIR.

Pseudomonas aeruginosa es un bacilo Gram negativo aerobio, considerado un patógeno oportunista. Un microorganismo altamente versátil, capaz de tolerar condiciones diminutas de oxígeno. Puede sobrevivir con bajos niveles de nutrientes y crecer en rangos de temperatura de 4 a 42°C.

Por su parte, Staphylococcus aureus pertenece a la familia Staphylococcaceae. Es Gram positivo, aunque las cepas viejas o los microorganismos fagocitados se tiñen como Gram negativo. Tiene forma de coco y puede aparecer en parejas, en cadenas o en racimos.

Los nanoclusters metálicos son un nuevo tipo de nanomaterial fotoluminiscente que, gracias a sus características particulares, se convierten en una nueva clase de fluoróforos biocompatibles, útiles en aplicaciones para marcaje biológico, lo cual es de gran interés para la determinación de diferentes moléculas biológicas.

La investigación se extenderá a lo largo de los próximos doce meses y se lleva a cabo en el Instituto de doble dependencia de Biotecnología Ambiental y Salud (INBIAS, Conicet-UNRC). Con los resultados, se espera establecer la capacidad bactericida de los nanomateriales y dilucidar el protagonismo de la membrana plasmática como blanco de acción bactericida de estos, para así poder desarrollar mejores estrategias de aplicación de terapias que involucren estos materiales, preferentemente en bajas dosis.