Un equipo internacional de investigación liderado desde Andalucía ha diseñado unas nanopartículas metálicas capaces de eliminar la bacteria Staphylococcus aureus, asociada a infecciones hospitalarias y con una resistencia creciente a los antibióticos. El trabajo está encabezado por el Instituto de Investigaciones Químicas, centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla.
El avance, según ha detallado el Gobierno andaluz, se ha probado en laboratorio y abre nuevas vías para desarrollar estrategias antimicrobianas más allá de los tratamientos tradicionales. La investigación apunta a un enfoque especialmente relevante en un contexto marcado por bacterias cada vez más difíciles de combatir.
En el proyecto también han participado la Universidade Nova de Lisboa, en Portugal; la Universidad de Toulouse, en Francia; el Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology, en Alemania; y la Universidad Autónoma de Barcelona.
Dos componentes sin efecto antibacteriano que juntos sí funcionan
La principal novedad del trabajo está en la combinación de dos elementos que, por separado, no presentan actividad antibacteriana. Por un lado, nanopartículas muy pequeñas de rutenio, un metal empleado en química y catálisis para acelerar reacciones químicas. Por otro, una molécula orgánica derivada del uracilo, uno de los componentes del material genético de los seres vivos.
Cuando ambos elementos se integran en una única estructura nanométrica, actúan de forma conjunta y adquieren capacidad para eliminar bacterias. El equipo investigador explica este efecto como una acción sinérgica: el metal y la molécula orgánica cooperan entre sí para lograr una actividad que no aparece cuando se usan por separado.
El trabajo ha sido recogido en un artículo publicado en la revista Inorganic Chemistry. “Nuestro objetivo era diseñar un agente antimicrobiano que fuese activo frente a bacterias problemáticas, pero al mismo tiempo selectivo y con baja toxicidad”, ha explicado a la Fundación Descubre el investigador del Instituto de Investigaciones Químicas Luis Miguel Martínez. Para fabricar estas nanopartículas, los investigadores desarrollaron un método sencillo que permite obtenerlas en un solo paso. El procedimiento combina un precursor de rutenio con una molécula orgánica derivada del uracilo, obtenida del ADN.
Un diseño selectivo frente a Staphylococcus aureus
Esa molécula derivada del uracilo actúa como una especie de molde que estabiliza y controla el tamaño de la nanopartícula. Según la explicación del equipo, funciona como un ingrediente guía que hace que el metal se agrupe en partículas muy pequeñas y evita que se formen bloques grandes, manteniéndolas separadas. El sistema permite producir las nanopartículas de forma más eficiente, a baja temperatura y sin generar residuos innecesarios. Además, el proceso se realiza en un mismo reactor, lo que simplifica la formación de estas estructuras.
Una vez obtenidas, los científicos comprobaron su tamaño y su forma mediante técnicas de microscopía de alta resolución. Así confirmaron que se trataba de partículas muy pequeñas y bien organizadas. “Empleamos un microscopio electrónico muy potente para observar cómo se disponen los átomos en su interior y su estructura cristalina. Este orden interno, similar al de un panal de abejas, hace que las partículas se mantengan unidas y sean eficaces”, ha indicado Martínez.
El equipo también realizó cálculos teóricos con herramientas de computación avanzada para comprobar cómo se acopla la molécula orgánica a la superficie de las nanopartículas. Este paso permite comprender mejor el funcionamiento del sistema y la relación entre su estructura y su actividad antimicrobiana.
Para evaluar su eficacia, los investigadores compararon distintos materiales de referencia: el derivado del uracilo por separado, un complejo similar de rutenio, nanopartículas sin la biomolécula y otras iguales, pero de mayor tamaño. Los experimentos demostraron que solo las nanopartículas más pequeñas recubiertas con la molécula derivada del uracilo mostraban actividad antibacteriana.
Además, el efecto fue selectivo: las nanopartículas se activaban frente a Staphylococcus aureus, pero no mostraban actividad frente a otras bacterias. Este punto es relevante porque uno de los retos de los agentes antimicrobianos es evitar que afecten indiscriminadamente a distintos microorganismos del cuerpo humano o que favorezcan la aparición de resistencias. “Por ello, diseñar compuestos capaces de actuar de forma selectiva es una de las estrategias que se están explorando para desarrollar nuevos tratamientos”, ha añadido Martínez.
Los próximos pasos del grupo consistirán en probar otras combinaciones biomiméticas, biomoléculas orgánicas y nanopartículas metálicas para desarrollar nuevos materiales con aplicaciones biomédicas, entre ellas combatir infecciones difíciles de tratar. El trabajo ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación y con fondos propios del Instituto de Investigaciones Químicas.