Prometedor conservante de alimentos

Acercar los átomos de cobre para alejar las bacterias, nueva estrategia para diseñar fármacos

Un equipo de científicos ha diseñado un polímero que contiene cobre y es capaz de aumentar notablemente la actividad antimicrobiana del peróxido de hidrógeno.

Científico analizando una muestra en el microscopio (Foto. Freepik)
Científico analizando una muestra en el microscopio (Foto. Freepik)

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09.10.2021 - 00:05

El descubrimiento de los antibióticos supuso uno de los grandes avances de la medicina que ha permitido salvar millones de vida en todo el mundo. sin embargo, el mal uso que hacemos de estos sumado a la rápida evolución de las bacterias cada vez más resistentes, amenaza con dejar desprotegida a la humanidad en su lucha contra las enfermedades infecciosas. Aunque la comunidad científica está buscando nuevas fórmulas para el diseño de medicamentos antibacterianos, lo cierto es que el diseño de medicamentos frente a nuevos agentes infecciosos está en declive.

Para abordar este grave problema, un grupo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio (Japón), está explorando un enfoque novedoso para impulsar la actividad antibacteriana in vivo del peróxido de hidrógeno (H2O2), un desinfectante de uso común. En un estudio reciente publicado en Macromolecular Rapid Communications, el equipo dirigido por el profesor asistente Shigehito Osawa y el profesor Hidenori Otsuka ha ofrecido datos sobre su éxito en la mejora de la actividad del H2O2 utilizando polímeros que contienen cobre y que han sido cuidadosamente diseñados.

Para comprender su enfoque, es necesario conocer cómo actúa el H2O2 contra las bacterias en primer lugar, y el papel que desempeña el cobre. El H2O2 se puede descomponer en un radical hidroxilo (•OH) y un anión hidróxido (OH-). El primero es altamente tóxico para las bacterias ya que destruye fácilmente ciertas biomoléculas. El cobre en su primer estado de oxidación, Cu (I), puede catalizar la división del H2O2 en un radical hidroxilo y un anión hidróxido, convirtiéndose en Cu (II) en el proceso por oxidación. Curiosamente, H2O2 también puede catalizar la reducción de Cu (II) a Cu (I), pero solo si esta reacción se facilita de alguna manera. Una forma de lograr esto es hacer que los complejos que contienen Cu (II) se acerquen lo suficiente.

Si bien los resultados de este estudio abren una nueva vía de diseño para medicamentos antimicrobianos, también puede haber aplicaciones útiles en la industria alimentaria

Sin embargo, cuando se utilizan complejos que contienen Cu (II) disueltos en una solución, la única forma de que se acerquen es chocando accidentalmente entre sí, lo que requiere una concentración excesivamente alta de cobre. El equipo encontró una solución a este problema inspirándose en la química celular, como explica el doctor Osawa: “En los organismos vivos, el cobre forma complejos con proteínas para catalizar de manera eficiente las reacciones redox. Por ejemplo, la tirosinasa tiene dos sitios de complejos de cobre muy próximos entre sí, lo que facilita la formación de intermediarios de reacción entre las especies de oxígeno y los complejos de cobre. Pensamos que podríamos aprovechar este tipo de mecanismo en polímeros producidos artificialmente con complejos de cobre, incluso si están dispersos en una solución".

Con esta idea, los investigadores desarrollaron una cadena polimérica larga con dipicolilamina (DPA, por sus siglas en inglés) como complejos que contienen cobre. Estos complejos DPA-cobre se unieron a la cadena principal del polímero como "grupos colgantes". Cuando estos polímeros se dispersan en una solución, los átomos de Cu (II) en los grupos colgantes se mantienen muy próximos y con densidades localmente altas, lo que aumenta enormemente las posibilidades de que dos de ellos estén lo suficientemente cerca como para ser reducidos a Cu (I) por H2O2. A través de varios experimentos, los científicos demostraron que el uso de estos polímeros hechos a medida resultó en una mayor actividad catalítica para la división del H2O2, lo que resultó en más OH• incluso para concentraciones más bajas de cobre. Pruebas adicionales usando los cultivos de Escherichia coli mostraron que estos polímeros aumentaron en gran medida el potencial antibacteriano del H2O2.  

Si bien los resultados de este estudio abren una nueva vía de diseño para medicamentos antimicrobianos, también puede haber aplicaciones útiles en la industria alimentaria. “Debido a que el cobre es un nutriente esencial para los organismos vivos, el agente antibacteriano desarrollado en este estudio es prometedor como un conservante de alimentos eficiente, lo que podría contribuir a aumentar la variedad de alimentos que se pueden conservar durante largos períodos de tiempo”, destaca el doctor Osawa.

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