Diseñan materiales que permiten observar procesos de comunicación bacteriana en etapas muy tempranas

La aplicación de sustratos compuestos por materiales microporosos y nanopartículas de oro permite observar procesos de comunicación bacterianas en etapas muy tempranas en las que el número de bacterias es todavía muy bajo para poder causar infecciones, según revela la investigación llevada a cabo por los grupos dirigidos por Luis Liz Marzán en CIC biomaGUNE en Donostia-San Sebastián y en la Universidad de Vigo (España).

El trabajo, que ha sido publicado por la prestigiosa revista Nature Materials, ha dado lugar a tres tipos de sustratos plasmónicos con características diferentes y que ofrecen distintas ventaja, desde la detección subcutánea hasta la detección con una resolución espacial muy precisa, y abre la puerta al diagnóstico de infecciones bacterianas con carácter general. “Un ejemplo podría ser el uso de implantes en zonas donde se ha realizado una intervención quirúrgica y existe riesgo de infección. Aplicaciones similares se pueden imaginar en implantes dentales, de forma que el riesgo de infección se pueda detectar incluso antes de que esta se produzca”, explica Luis Liz Marzán, director científico de CIC biomaGUNE, donde desarrolla su labor como investigador del programa Ikerbasque.

La investigación demuestra la posibilidad de identificar las moléculas que usan las bacterias para comunicarse entre sí.Este proceso de comunicación, conocido como quorum sensing, es utilizado por estos microorganismos para conocer el número de individuos en una determinada colonia y así ejecutar diversas acciones, a menudo relacionadas con infecciones bacterianas. “El trabajo presenta la aplicación de sustratos compuestos por materiales microporosos y nanopartículas de oro, que permiten la detección ultrasensible de marcadores de quorum sensing”, señala Luis Liz Marzán.

Tras cinco años de investigación, se ha logrado detectar cantidades ínfimas de una molécula llamada piocianina, implicada en la comunicación de las bacterias llamadas pseudomonas aeruginosa, que participan en graves enfermedades como la fibrosis quística, y causan serios problemas en instalaciones hospitalarias.

El artículo titulado “Detection and imaging of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa biofilm communities by surface-enhanced renonance Raman scattering” se inició hace más de cinco años, con la concesión de una importante ayuda delConsejo Europeo de Investigación, a través de una ERC Advanced Grant. Se hallevado a cabo de forma conjunta entre grupos de CIC biomaGUNE y de la Universidad de Vigo y surge de la experiencia del grupo de investigación deLuis Liz Marzán en la síntesis y organización de nanopartículas de oro, asícomo de la caracterización de sus propiedades plasmónicas (oscilaciones de electrones como respuesta a la luz visible o infrarroja).

Para explicar la dimensión científica del resultado obtenido, Liz Marzán señala que “en este trabajo demostramos que la organización dirigida de las nanopartículas y la presencia de una matriz porosa permite alcanzar una gran sensibilidad en condiciones reales de proliferación bacteriana. Es la primera vez que se aplica esta técnica para la detección en tiempo real de la aparición de los llamados biofilms bacterianos, sin afectar a su proceso de formación. La detección la proporcionan las nanopartículas. El material poroso actúa como filtro para evitar que las moléculas grandes como grasas o proteínas dificulten la detección”.

La principal técnica utilizada en la investigación es la espectroscopia Raman aumentada en superficies, conocida como SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). Este técnica permite identificar moléculas de una forma muy específica y extremadamente sensible, llegándose incluso a detectar la presencia de una sola molécula. El reto en la aplicación de esta técnicaradica en el diseño de sustratos amplificadores que contengan nanopartículas organizadas de una forma optimizada para mejorar la señal espectroscópica.

Desde el punto de vista personal, Luis Liz Marzán señala que “este trabajo supone la culminación de un largo estudio, en el que la aplicación de conocimientos de síntesis química, caracterización física e incluso predicciones teóricas, se han podido llevar a una aplicación práctica en el campo biomédico y abrir numerosas vías de futuro. También supone la satisfacción de haber demostrado la hipótesis planteada cuando se solicitó la financiación de este proyecto”.

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. (Fuente: CIC biomaGUNE)