La bacteria Klebsiella pneumoniae después de la intervención combinada de máquinas moleculares y antibióticos. Las flechas amarillas muestran áreas de interrupciones de la pared celular, mientras que la flecha púrpura muestra dónde la bacteria ha perdido parte de su citoplasma. Imagen de Don Galbadage / Texas A&M.
Tan solo dos años después de que se comprobara que las máquinas moleculares pueden abrir membranas celulares, un grupo de científicos ha conseguido con la ayuda de estos ingenios atacar y destruir bacterias resistentes a los antibióticos, así como células cancerígenas.
Las células resistentes a los antibióticos, también conocidas como superbacterias, son cepas que han mutado su ADN para sobrevivir.
La OMS considera que en 2050 habrá más muertes causadas por superbacterias que por cáncer y que la resistencia a los antibióticos será la principal causa de muerte en el planeta.
La máquina molecular que ha conseguido esta proeza ha sido desarrollada en la Universidad de Rice en Houston (Texas) y consiste en una paleta que gira a tres millones de rotaciones por segundo cuando se activa mediante la luz.
Estas máquinas consiguieron perforar las paredes celulares de la bacteria Klebsiella pneumoniae y destruirla en cuestión de minutos. Esta cepa mutante ha demostrado una resistencia contra todos los antibióticos conocidos.
Indefensas ante la máquina
Las bacterias están protegidas por una serie de capas y proteínas que muchas veces las hacen inmunes a los antibióticos porque no pueden superar estas barreras.
Sin embargo, no pueden defenderse de una máquina que se le acerca y que con su paleta giratoria destruye su protección natural mediante una acción mecánica, y no por un efecto químico, como sería el caso de un antibiótico.
La máquina molecular consiguió que un fármaco antibacteriano al que había desarrollado resistencia penetrara en Klebsiella pneumoniae y acabara con su labor infecciosa.
Hay que tener en cuenta que a veces, cuando la bacteria descubre un medicamento no lo deja entrar o incluso permite su entrada para desactivarlo.
En esta investigación, la máquina molecular consiguió que un antibiótico de amplio espectro, llamado Meropenem, atravesara la pared celular y destruyera a la bacteria resistente.
James Tour, uno de los investigadores, explica al respecto en un comunicado que este resultado “puede dar nueva vida a los antibióticos ineficaces al usarlos en combinación con los máquinas moleculares".
Combinadas con antibióticos
Richard Gunasekera, otro de los investigadores, añade que lo importante para la eficacia de las máquinas moleculares es combinarla con antibióticos.
Lo descubrieron a lo largo de la investigación. Lo primero que observaron es que las colonias bacterianas atacadas con una pequeña concentración de máquinas moleculares solo mataron el 17% de las células nocivas.
Este porcentaje subió al 65% cuando añadieron a las máquinas moleculares el Meropenem y llegó al 94% de eficacia sobre el patógeno causante de la neumonía, cuando equilibraron los motores y el antibiótico.
Los investigadores consideran que el procedimiento se puede aplicar también a otro tipo de infecciones, como las de la piel, heridas, catéteres o implantes, que han sido causadas por bacterias como la Staphylococcus aureus (resistente a la penicilina y a la meticilina), la Klebsiella (una bacteria altamente transmisible) o por pseudomonas (asociadas a infecciones oculares y respiratorias). Tambien sería útil para infecciones intestinales.
Las células resistentes a los antibióticos, también conocidas como superbacterias, son cepas que han mutado su ADN para sobrevivir.
La OMS considera que en 2050 habrá más muertes causadas por superbacterias que por cáncer y que la resistencia a los antibióticos será la principal causa de muerte en el planeta.
La máquina molecular que ha conseguido esta proeza ha sido desarrollada en la Universidad de Rice en Houston (Texas) y consiste en una paleta que gira a tres millones de rotaciones por segundo cuando se activa mediante la luz.
Estas máquinas consiguieron perforar las paredes celulares de la bacteria Klebsiella pneumoniae y destruirla en cuestión de minutos. Esta cepa mutante ha demostrado una resistencia contra todos los antibióticos conocidos.
Indefensas ante la máquina
Las bacterias están protegidas por una serie de capas y proteínas que muchas veces las hacen inmunes a los antibióticos porque no pueden superar estas barreras.
Sin embargo, no pueden defenderse de una máquina que se le acerca y que con su paleta giratoria destruye su protección natural mediante una acción mecánica, y no por un efecto químico, como sería el caso de un antibiótico.
La máquina molecular consiguió que un fármaco antibacteriano al que había desarrollado resistencia penetrara en Klebsiella pneumoniae y acabara con su labor infecciosa.
Hay que tener en cuenta que a veces, cuando la bacteria descubre un medicamento no lo deja entrar o incluso permite su entrada para desactivarlo.
En esta investigación, la máquina molecular consiguió que un antibiótico de amplio espectro, llamado Meropenem, atravesara la pared celular y destruyera a la bacteria resistente.
James Tour, uno de los investigadores, explica al respecto en un comunicado que este resultado “puede dar nueva vida a los antibióticos ineficaces al usarlos en combinación con los máquinas moleculares".
Combinadas con antibióticos
Richard Gunasekera, otro de los investigadores, añade que lo importante para la eficacia de las máquinas moleculares es combinarla con antibióticos.
Lo descubrieron a lo largo de la investigación. Lo primero que observaron es que las colonias bacterianas atacadas con una pequeña concentración de máquinas moleculares solo mataron el 17% de las células nocivas.
Este porcentaje subió al 65% cuando añadieron a las máquinas moleculares el Meropenem y llegó al 94% de eficacia sobre el patógeno causante de la neumonía, cuando equilibraron los motores y el antibiótico.
Los investigadores consideran que el procedimiento se puede aplicar también a otro tipo de infecciones, como las de la piel, heridas, catéteres o implantes, que han sido causadas por bacterias como la Staphylococcus aureus (resistente a la penicilina y a la meticilina), la Klebsiella (una bacteria altamente transmisible) o por pseudomonas (asociadas a infecciones oculares y respiratorias). Tambien sería útil para infecciones intestinales.
Ilustración de cómo las máquinas moleculares activadas por la luz perforan las bacterias, creando un camino para los antibióticos.Ilustración de Don Thushara Galbadage.
Múltiples enfermedades
"En la piel, en los pulmones o en el tracto gastrointestinal, donde sea que podamos introducir una fuente de luz, podemos atacar estas bacterias", explica Gunasekera.
"O podríamos hacer que la sangre fluya a través de una caja externa que contiene luz y luego reintroducirla en el cuerpo para matar las bacterias transmitidas por la sangre".
"Estamos muy interesados en el tratamiento de infecciones de heridas e implantes inicialmente", concluye el director de la investigación, Jeffrey Cirillo.
"Tenemos formas de administrar estas longitudes de onda de luz a las infecciones pulmonares que causan numerosas muertes por neumonía, fibrosis quística y tuberculosis, por lo que también desarrollaremos tratamientos para la infección respiratoria", añade.
Gunasekera señaló que las bacterias transmitidas por la vejiga que causan infecciones del tracto urinario también pueden ser atacadas con máquinas moleculares combinadas con antibióticos.
También el cáncer
Estas máquinas moleculares son también válidas para tratar células cancerígenas, según los resultados de otra investigación, desarrollada también en la Universidad Rice.
En esta investigación, las máquinas moleculares atacaron con éxito células de cáncer de páncreas en respuesta a la activación de la luz ultravioleta visible, que no causa tanto daño a las células circundantes.
"En la piel, en los pulmones o en el tracto gastrointestinal, donde sea que podamos introducir una fuente de luz, podemos atacar estas bacterias", explica Gunasekera.
"O podríamos hacer que la sangre fluya a través de una caja externa que contiene luz y luego reintroducirla en el cuerpo para matar las bacterias transmitidas por la sangre".
"Estamos muy interesados en el tratamiento de infecciones de heridas e implantes inicialmente", concluye el director de la investigación, Jeffrey Cirillo.
"Tenemos formas de administrar estas longitudes de onda de luz a las infecciones pulmonares que causan numerosas muertes por neumonía, fibrosis quística y tuberculosis, por lo que también desarrollaremos tratamientos para la infección respiratoria", añade.
Gunasekera señaló que las bacterias transmitidas por la vejiga que causan infecciones del tracto urinario también pueden ser atacadas con máquinas moleculares combinadas con antibióticos.
También el cáncer
Estas máquinas moleculares son también válidas para tratar células cancerígenas, según los resultados de otra investigación, desarrollada también en la Universidad Rice.
En esta investigación, las máquinas moleculares atacaron con éxito células de cáncer de páncreas en respuesta a la activación de la luz ultravioleta visible, que no causa tanto daño a las células circundantes.
Referencias
Molecular Nanomachines Disrupt Bacterial Cell Wall, Increasing Sensitivity of Extensively Drug-Resistant Klebsiella pneumoniae to Meropenem. Thushara Galbadage et al. ACS Nano, December 9, 2019. DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07836
Visible Light-Activated Molecular Nanomachines Kill Pancreatic Cancer Cells. Ciceron Ayala Orozco et al. CS Appl. Mater. Interfaces, December 9, 2019. DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.9b21497
Molecular Nanomachines Disrupt Bacterial Cell Wall, Increasing Sensitivity of Extensively Drug-Resistant Klebsiella pneumoniae to Meropenem. Thushara Galbadage et al. ACS Nano, December 9, 2019. DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07836
Visible Light-Activated Molecular Nanomachines Kill Pancreatic Cancer Cells. Ciceron Ayala Orozco et al. CS Appl. Mater. Interfaces, December 9, 2019. DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.9b21497