Los investigadores de Princeton han desarrollado una forma de colocar sobre superficies recubrimientos especiales que químicamente "se comunican" con las bacterias, diciéndoles qué hacer. Los recubrimientos, que podrían ser útiles para inhibir o promover el crecimiento bacteriano según sea necesario, poseen este poder de control sobre las bacteriasporque, en efecto, "hablan" el idioma del error.
La nueva tecnología, informó el 22 de mayo en Microbiología de la naturaleza , contienen los mismos tipos de biomoléculas que los microbios liberan naturalmente para comunicar y coordinar el comportamiento del grupo, un proceso llamado detección de quórum.
El secuestro de este lenguaje bacteriano de detección de quórum podría abrir una gama de aplicaciones, dijeron los investigadores. Las superficies de recubrimiento en los hospitales podrían combatir la formación de comunidades de bacterias similares a fortalezas llamadas biopelículas, lo que hace que los gérmenes sean vulnerables a los antibióticos en humanos o al desinfectanteproductos de limpieza en superficies o equipos hospitalarios. Alternativamente, si la bacteria brinda beneficios, como en las plantas de tratamiento de aguas residuales o en la producción de probióticos, el recubrimiento de las superficies de los equipos industriales podría impulsar las actividades útiles de los microbios.
"Nuestra investigación plantea la posibilidad emocionante y ahora plausible de que las superficies decoradas con moléculas moduladoras de detección de quórum puedan tener propiedades antiinfecciosas o pro-crecimiento", dijo el coautor principal Minyoung Kevin Kim, un estudiante graduado en los laboratorios dela profesora de biología Bonnie Bassler y el profesor de ingeniería Howard Stone, ambos autores principales del artículo.
"Si bien aún nos queda mucha investigación por hacer, identificar una molécula sensora de quórum que podamos atar a una superficie, como lo hemos hecho en este estudio, podría ser una estrategia ideal para dispersar biopelículas", dijo Aishan Zhao, coautor principal del artículo y estudiante de posgrado en el laboratorio del profesor Tom Muir, también autor del artículo y de la clase Van '65 de Williams, Jr., profesor del '65 y presidente del Departamento de Química de Princeton.
Kim y Zhao realizaron sus experimentos con una bacteria llamada Staphylococcus aureus . A menudo simplemente conocido como estafilococo, es un flagelo de las salas de hospital, donde puede permanecer e infectar a los pacientes, especialmente a aquellos que reciben dispositivos médicos implantados. Además de causar condiciones potencialmente fatales como bacteriemia envenenamiento de la sangre y tóxicasSíndrome de shock, el estafilococo es comúnmente resistente a los antibióticos, lo que lo coloca en la parte superior de la lista de patógenos que los médicos desean desesperadamente mejores métodos de lucha.
Los investigadores habían demostrado previamente que la detección de quórum en el estafilococo es impulsada por la secreción de una molécula denominada AIP. La molécula AIP se une a los receptores en las membranas de las células de estafilococo vecinas en una colonia. Si esa colonia está ocultaestado de biofilm protector, la acumulación de AIP desencadena el desensamblaje de biofilm, o previene la formación de biofilm en primer lugar. Si se permite que la detección natural del quórum continúe, las bacterias entran en un estado virulento, donde se reproducen rápidamente y arrojan toxinas queenfermar a las personas. Un derivado sintético de AIP, llamado TrAIP-II, apaga la virulencia, incluso obligando a las bacterias a volver a un estado de biopelícula.
Para tratar de manipular positiva y negativamente la detección del quórum del estafilococo, el equipo de Princeton se propuso crear superficies tachonadas con AIP o TrAIP-II, químicos desarrollados previamente en el laboratorio de Muir. Sin embargo, la unión robusta de las moléculas representaba un gran desafío.Al superarlo, Kim y Zhao se iluminaron con la idea de utilizar la química del clic, una técnica que aprendieron por primera vez juntos como estudiantes en una clase impartida por Muir hace unos años. La química del clic vincula eficientemente unidades particulares de moléculas pequeñas para construir un todo más grande.La técnica conectó con éxito las moléculas con detección de quórum a moléculas "enlazadoras" unidas a superficies que incluyen vidrio, plástico y metal.
Los investigadores rastrearon los niveles de detección de quórum exhibidos por los estafilococos unidos a la superficie con proteínas fluorescentes que brillan cuando emergen señales de detección de quórum. Como esperaban los científicos, la detección de quórum se mejoró en una superficie recubierta con AIP e hizo que el estafilococo dejara de producir biopelículas.Por otro lado, las superficies recubiertas con TrAIP-II inhibieron la detección del quórum y, a su vez, impidieron que la bacteria estafilococo produzca toxinas.
Los investigadores sometieron aún más los recubrimientos que controlan las bacterias a los tipos de estrés que enfrentarían en entornos del mundo real. Los recubrimientos aún funcionaban en presencia de plasma de la sangre humana, que sería encontrado por dispositivos médicos implantados.Las biomoléculas permanecieron unidas y funcionales, como si estuvieran revestidas de tuberías industriales, y los recubrimientos químicos en las superficies también demostraron ser duraderos, sin disminuir su intensidad de respuestas de detección pro o anti quórum después de más de cinco semanas.de almacenamiento.
En general, la posibilidad de aumentar o reducir selectivamente la charla bacteriana como un medio para controlar los microbios se ha acercado mucho más a la práctica real.
"Ahora se puede imaginar superficies recubiertas con estas u otras moléculas o derivados con detección de quórum para uso en medicina, industria o agricultura que son resistentes a la colonización por bacterias dañinas o promueven la colonización por bacterias beneficiosas", dijo Bassler, profesor de Squibb ypresidente del Departamento de Biología Molecular, así como investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
"Creemos que este enfoque centrado en la superficie puede ser impactante", dijo Stone, la profesora Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon y presidenta del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial ". Esperamos continuar la investigación ytrabaje con socios potenciales que podrían tener aplicaciones que se beneficiarían del enfoque que estamos desarrollando en Princeton ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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