Cómo consiguen matar las bacterias las alas de la libélula

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Las superficies especiales para matar bacterias constituyen un área muy  activa de investigación y desarrollo.

Las estrategias para construirlas varían ampliamente. Un grupo ha empapado una superficie resbaladiza con moléculas que interrumpen la comunicación bacteriana. Otros han demostrado que los recubrimientos con nanopartículas de plata pueden destruir bacterias. Otro grupo usó silicio negro para crear una superficie que se asemejaba a un diminuto “cama de clavos” (nanopilares), que físicamente llegan a desgarrar las bacterias.

Ejemplo de nanopilares en el ala de una libélula. Imagen: American Coucil on Science and Health

Este último ejemplo, que pertenece a una amplia categoría conocida como superficies nano-texturizadas, es de particular interés porque también existe en la naturaleza. La nanoestructura del silicio negro es muy similar a la de las alas de la libélula. Y al igual que su homólogo elemental, las alas de libélula matan las bacterias.

Se cree ampliamente que una superficie análoga a una “cama de clavos” destruye las bacterias a través de la perforación de la pared celular. Sin embargo, en investigaciones recientemente publicadas en la revista científica Applied Materials and Interfaces basadas en el uso extensivo de varias técnicas de microscopía, un equipo de investigadores australianos y nigerianos demostró que el mecanismo subyacente es completamente diferente.

Forma en que se afirma la bacteria sobre los nanopilares. Imagen: American Coucil on Science and Health

La primera pista que mostró que la sabiduría convencional estaba equivocada llegó tras observar que los nanopilares de las alas de la libélula no eran todos de la misma altura. Esto contrasta con las superficies sintéticas como “camas de clavos”, que tienden a producir nanopilares de igual altura. Un examen más detenido demostró además que la membrana bacteriana no entra en contacto directo con los nanopilares. Más bien, las bacterias (en este caso E. coli) se unen a los nanopilares a través de moléculas estructurales secretadas por las bacterias, conocidas como “sustancias poliméricas extracelulares” (SPE), al igual que por extensiones “similares a dedos”.

Una vez que las bacterias aterrizan en la superficie, se someten a fuerzas adhesivas. Estas pueden deformar la membrana bacteriana, pero en sí mismas, probablemente no causen el desgarro de la bacteria.

(Imagen ampliable) Ejemplos de bacterias posadas sobre los nanopilares (1), muertas (3) y desinfladas y atravesadas por los nanopilares (2 y 4). Imagen: American Coucil on Science and Health

En cambio, las bacterias, básicamente, se ven atrapadas en una de esas trampas siniestras que les encantan a los villanos de cine. Si no se mueven, las bacterias podrían sobrevivir. Sin embargo, en cuanto se mueven, la fuerza termina por trasquilar las SPE, desgarrando la membrana. Esto da lugar a una fuga letal del contenido celular, que hace que la célula se desinfle como un globo. Sólo tras la muerte de la célula la penetran los nanopilares.

Los autores concluyen con un diagrama que compara el antiguo modelo de muerte celular a través de nanopilares con su nuevo modelo.

El panel superior, que representa el modelo antiguo, muestra cómo los nanopilares perforan las células bacterianas directamente. Los autores creen que este entendimiento debe ser reemplazado por su nuevo modelo, representado en el panel inferior. En este modelo, las bacterias no entran en contacto con los nanopilares directamente, sino a través de sustancias secretadas. Cuando intentan moverse, las fuerzas cortantes terminan provocando agujeros en la membrana, causando una fuga letal de contenido celular, tras el cual los nanopilares perforar la célula.

(Imagen ampliable) Diferencias en los procesos bactericidas de los nanopilares. Imagen: American Coucil on Science and Health. Traducida por ¡QFC!

El estudio tiene algunas limitaciones. En primer lugar, se realizó con E. coli, una bacteria Gram-negativa con dos membranas. Los autores deben repetir su análisis con bacterias Gram-positivas que contienen sólo una membrana. En segundo lugar, deberían repetir su análisis utilizando bacterias que no producen tanta EPS para ver si los nanopilares siguen siendo letales en esos casos. Por último, deben determinar si las superficies sintéticas nano-texturizadas, que producen nanopilares de la misma altura, matan a las bacterias a través del modelo antiguo o a través de su nuevo mecanismo propuesto.

La obtención de información sobre cómo funciona la naturaleza invariablemente ayudará a los científicos que deseen imitarla, y proporciona una explicación interesante sobre por qué las alas de la libélula son tan limpias.

Artículo original publicado por el American Council on Science and Health. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-02-13T17:45:47+00:00