Observar procesos de comunicación bacteriana en etapas muy iniciales

7 septiembre, 2016

La aplicación de sustratos compuestos de materiales microporosos y nanopartículas de oro permite observar procesos de comunicación bacteriana en etapas muy iniciales, en las que el número de bacterias es todavía muy bajo para provocar infecciones, de acuerdo con la investigación realizada por grupos liderados por Luis Liz-Marzán en CIC biomaGUNE (Donostia-San Sebastián) y en la Universidad de Vigo.

 

El trabajo, publicado en la prestigiosoa revista Nature Materials, ha dado lugar a tres sustratos plasmónicos con diferentes características, cuyas ventajas van desde la detección subcutánea a la alta resolución espacial ampliando el potencial de diagnóstico de las infecciones bacterianas de manera general.  Como explica Luis Liz-Marzán, profesor de investigación de Ikerbasque y director científico de CIC biomaGUNE, “un ejemplo podría ser el uso de implantes en áreas en las que se haya practicado cirugía y exista riesgo de infección. Se pueden prever aplicaciones similares en implantes dentales, en los que el riesgo de infección podría ser pre-detectado”.

 

La investigación muestra el potencial para identificar aquellas moléculas que utilizan bacterias para comunicarse entre sí. Este proceso de comunicación, conocido como quorum sensing, es utilizado por estos microorganismos para determinar la densidad de la colonia (el número de individuos en cualquier colonia) y tomar diversas medidas a continuación, a menudo relacionadas con infecciones bacterianas. “Este trabajo presenta la aplicación de sustratos compuestos de materiales microporosos y nanopartículas de oro que posibilitan la detección ultrasensible de marcadores de quorum sensing”, añade el Dr. Liz-Marzán.

 

Cinco años de investigación

 

Tras cinco años de investigación, se han descubierto trazas de piocianina, una molécula implicada en la comunicación de la bacteria conocida como Pseudomonas aeruginosa, que a su vez está presente en enfermedades graves como la fibrosis quística y provoca serios problemas en instalaciones hospitalarias.

 

El trabajo descrito en el artículo “Detección y representación de quorum sensing en comunidades de biopelícula de Pseudomonas aeruginosa por dispersión Rama con resonancia intensificada por superficie” empezó hace más de cinco años con una considerable financiación del Consejo Europeo de Investigación ERC a través de una Advanced Grant. El trabajo de investigación, llevado a cabo de manera conjunta por los grupos del CIC biomaGUNE y la Universidad de Vigo, tiene su origen en la experiencia obtenida por el grupo de investigación de Liz Marzán sobre la síntesis y organización de nanopartículas de oro y sus propiedades plasmónicas (oscilaciones de los electrones en respuesta a la luz visible o infrarroja).

 

Para aclarar la dimensión científica de los hallazgos, Liz-Marzán explica que… “lo que revela este trabajo es que la organización dirigida de nanopartículas, junto con la presencia de una matriz porosa, hace posible la detección ultrasensible en condiciones reales de proliferación bacteriana. Esta es la primera vez que se aplica esta técnica para la detección en tiempo real de la aparición de las llamadas biopelículas bacterianas sin impacto sobre el propio proceso de formación de la biopelícula. Las propias nanopartículas actúan como sensores, mientras que el material poroso actúa como filtro para impedir que las moléculas de gran tamaño como grasas o proteínas obstaculicen la detección”.

 

La técnica principal utilizada en esta investigación ha sido la Dispersión Raman Intensificada por Superficie (SERS). Esta técnica permite la identificación ultrasensible y específica de moléculas, hasta el nivel de una sola molécula. El reto para la aplicación de esta técnica se encuentra en diseñar sustratos amplificadores que contengan nanopartículas óptimamente organizadas para mejorar la señal espectroscópica.

 

A nivel personal, Luis Liz-Marzán reconoce que… “este trabajo es la culminación de un largo estudio en el que se han aplicado de forma práctica  conocimientos y experiencias relacionados con la síntesis química, la caracterización física e incluso la predicción teórica en el campo de la biomedicina abriendo numerosas vías de desarrollo en el futuro. También merece la pena resaltar la satisfacción de haber demostrado la hipótesis planteada cuando se solicitó en un principio la financiación del proyecto”.

 

Sobre CIC biomaGUNE

 

El Centro de Investigación en Biomateriales, CIC biomaGUNE, con sede en el Parque Tecnológico de Donostia-San Sebastián, lleva a cabo investigación de vanguardia en la interfaz entre la Química, la Biología y la Física con especial atención en el estudio de las propiedades de las nanoestructuras biológicas a escala molecular y sus aplicaciones biomédicas.

 

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