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QUÍMICA

Plata biológica

Prueban exitosamente nanopartículas elaboradas con hongos en heridas y telas antibacterianas

Hongo en medio líquido de la colección del Instituto Butantan

LÉO RAMOSHongos retirados de manglares paulistas y cultivados en el laboratorio del Instituto ButantanLÉO RAMOS

Los hongos son responsables por la descomposición de sustancias orgánicas en la naturaleza y por la contaminación de alimentos y productos industrializados. Puede hallárselos en diversas formas, colores y dimensiones, que van desde las setas hasta los de tamaños microscópicos. Estos últimos forman parte de variados procesos industriales de fermentación. Pero además, a través de un proceso químico mediado por sus enzimas, estos microorganismos también son capaces de producir nanopartículas biológicas de plata, que cuentan con potencial como para dotar de propiedades antibacterianas a la ropa de cama y otras –a ejemplo de sábanas, fundas y delantales–, usadas en los hospitales, y hacer lo propio con los revestimientos de azulejos. Asimismo, pueden usarse en el tratamiento de micosis de uñas y en heridas causadas por leishmaniasis cutánea.

Desde 2003, los profesores Nélson Duran, coordinador del Laboratorio de Química Biológica, y Oswaldo Luiz Alves, coordinador del Laboratorio de Química del Estado Sólido de la Universidad de Campinas (Unicamp), se dedican al estudio de procesos y usos que involucran a estos seres unicelulares, entre otras líneas de investigación. “El efecto de las nanopartículas de plata biológicas en el tratamiento de las heridas causadas por la leishmaniasis cutánea es mucho mejor que el del antifúngico comercial de referencia: así lo demuestra una investigación realizada con la colaboración de la profesora Bartira Rossi-Bergmann, del Instituto de Biofísica de la Universidad Federal de Río de Janeiro”, dice Duran, quien  también es profesor visitante del Centro de Ciencias Naturales y Humanas de la Universidad Federal del ABC, en la localidad paulista de Santo André.

En las pruebas, se compararon los efectos del tratamiento con nanopartículas de plata obtenidas mediante el método químico y el método biológico con el antifúngico comercial Anfotericina B. “Nuestro sistema, el biológico, es alrededor de 300 veces más eficiente que el antifúngico utilizado en los tratamientos convencionales, y tres veces más que la nanopartícula obtenida mediante el método químico”, dice Duran. En los experimentos realizados con hongos que atacan a las uñas, fundamentalmente las de los pies, los resultados también han sido bastante prometedores. Durante la próxima etapa de la investigación para las micosis de las uñas se realizarán los ensayos clínicos, que estarán a cargo de investigadores de la Facultad de Medicina de la Unicamp.

066-069_Nanoparticulas_206Los hongos utilizados son de la especie Fusarium oxysporum, causante de la fusariosis, una enfermedad que hace que las plantas se marchiten, y que ataca a los cultivos agrícolas. Las primeras cepas se obtuvieron en el banco de Fusarium del microbiólogo João Lúcio de Azevedo, profesor jubilado de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP), con sede en la localidad de Piracicaba. “Hicimos pruebas para seleccionar las cepas con potencial químico para transformar el ión plata [ganancia de electrones] en plata metálica, un proceso que resulta en la formación de nanopartículas”, dice Alves. Enzimas presentes en el fitopatógeno, tales como la nitrato reductasa, son las encargadas de esa transformación química. “En algunos casos, las condiciones están presentes en el hongo, pero en lugar de nanopartículas monodispersas se produce la formación de grandes agregados de partículas”, informa.

Luego de la selección de los hongos, se los cultiva hasta que alcanzan el tamaño ideal. Posteriormente se incuba la biomasa fúngica en agua destilada, a los efectos de extraer de allí enzimas, proteínas y compuestos químicos extracelulares. Después se procede al filtrado, para separar la biomasa de la parte líquida. Luego se agrega nitrato de plata: es la fase en que se concreta el proceso de reducción química, con la formación de nanopartículas. Mediante la técnica de espectroscopía de absorción en la región del ultravioleta visible es posible observar la formación de la plata metálica.

“La ventaja del método biológico en lugar del químico consiste en que el hongo deja una parte de sus proteínas sobre la superficie de las nanopartículas, lo que les confiere características diferenciadas, como por ejemplo una mayor adherencia a los tejidos para que se tornen antibacterianos”. Los investigadores probaron la plata biológica impregnada en telas de algodón y poliéster en contacto con colonias de bacterias Staphylococcus aureus, presentes en ambientes hospitalarios y responsables de infecciones. “Luego de 30 lavados, las propiedades antibacterianas del tejido se mantuvieron poco alteradas”, dice Alves.

Microscopio electrónico de transmisión en el laboratorio de la Unicamp

Léo RamosMicroscopio electrónico de transmisión en el laboratorio de la UnicampLéo Ramos

Aislados en manglares
En otro estudio que se realiza en el Instituto Butantan, coordinado por la profesora Ana Olívia de Souza, del Laboratorio de Bioquímica y Biofísica, también se verifica la propiedad antimicrobiana de las nanopartículas de plata incorporadas en telas. En este caso, los hongos utilizados son de la especie Aspergillus tubingensis y Bionectria ochroleuca, aislados en manglares del estado de São Paulo en el marco de un proyecto financiado por la FAPESP y coordinado por el profesor Itamar Soares de Melo, de Embrapa Medio Ambiente, estatal con sede en la localidad de Jaguariúna, en el cual participó Souza.

“Entre las cepas utilizadas en el estudio, se seleccionaron y se evaluaron los 15 hongos más interesantes desde el punto de vista biotecnológico en el laboratorio de Butantan”, dice Souza, quien fue dirigida durante su doctorado por el profesor Duran. Luego de esa selección inicial, se escogieron cinco cepas. La etapa posterior, consistente en la evaluación de la capacidad para formar nanopartículas, y para ver si presentaban actividad antimicrobiana, se llevó a cabo con el apoyo de la FAPESP en el marco del programa Biota, que estudia la biodiversidad brasileña.

Una nueva selección resultó en la elección de dos hongos. “Efectuamos la caracterización fisicoquímica de las nanopartículas obtenidas a partir de estos hongos para verificar se tenían un tamaño uniforme, que es un requisito importante para la incorporación de plata a telas de algodón y poliéster o a materiales plásticos”, dice Souza. Para la investigadora, aparte de los tejidos con actividad antimicrobiana para uso hospitalario, un gran mercado para las nanopartículas de plata biológicas lo constituyen los materiales plásticos para uso residencial.

Los investigadores de la Unicamp fueron más allá de la preparación de las nanopartículas y realizaron un estudio enzimático de hongos seleccionados. “Separamos las enzimas y logramos construir nanopartículas iguales a las que fabrica el microorganismo”, dice Duran. El artículo intitulado “Mechanistic aspects of biosynthesis of silver nanoparticles by several Fusarium oxysporum strains, publicado el 13 de julio de 2005 en el Journal of Nanobiotechnology y de acceso abierto, contabiliza más de 30 mil descargas. También estudiaron la propiedad antibacteriana de la plata, es decir, cómo el metal destruye bacterias. La bacteria seleccionada fue la Escherichia coli. Con un microscopio electrónico de transmisión, los investigadores observaron en qué momento las nanopartículas de plata empezaron a actuar sobre la superficie de la bacteria; después se agruparon ocupando todo alrededor, y por último penetraron en su interior y produjeron su muerte.

Hongo en medio líquido de la colección del Instituto Butantan

Léo RamosHongo en medio líquido de la colección del Instituto ButantanLéo Ramos

En otra investigación se evaluó la actividad de las nanopartículas biológicas con aislados de enterobacterias –causantes de infecciones en el tracto urinario y en el torrente sanguíneo, además de neumonías– resistentes a antibióticos. “En ese estudio comprobamos que la plata, aun cuando se la use aisladamente en el tratamiento, es decir, sin antibióticos, funciona muy bien”, dice Duran. Ambas investigaciones contaron con la participación de los profesores Marcelo Brocchi, del Instituto de Biociencias, y Ljubica Tasica, del Instituto de Química, ambos de la Unicamp, Simone Picoli, de la Universidad Feevale, de Novo Hamburgo (Rio Grande do Sul), Gerson Nankazato, de la Universidad Estadual de Londrina (Paraná), Priscyla Marcato, de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la USP de Ribeirão Preto, y el profesor indio Mahendra Rai, de la Universidad de Amravati, quien se encuentra en la Unicamp.

Pioneros en los estudios con nanopartículas de plata biológicas en Brasil, Duran y Alves iniciaron esa línea de investigación en la misma época en que surgieron los primeros trabajos en el área en la India. En lugar de hongos, los indios emplean plantas para la obtención de la plata, utilizada para combatir fundamentalmente plagas en la agricultura. Ahora los investigadores se aprestan a aumentar la producción de estas nanopartículas en una planta piloto. Otra novedad en el Instituto de Química es la integración de los dos laboratorios –el de Química Biológica y de Estado Sólido– en un solo, llamado NanoBioss. La propuesta de integración cuenta desde febrero con el aval del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, como parte del SisNano, el sistema de nanotecnología nacional. “Como laboratorio asociado, pondremos el conocimiento y las técnicas que dominamos al servicio de la industria y de la universidad brasileña”, dice Alves.

Proyecto
Utilización de hongos de manglares en la biosíntesis de nanopartículas de plata y para su aplicación en la producción de telas antimicrobianas (nº 10/50186-5); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación – Programa Biota; Coord. Ana Olívia de Souza – Instituto Butantan; Inversión R$ 248.424,03 (FAPESP).

Artículos científicos
MARCATO, P.D. et al. Biogenic silver nanoparticles: antibacterial and cytotoxicity applied to textile fabrics. Journal of Nano Research. v. 20, p. 69-76. 2012.
RODRIGUES, A.G. et al. Biogenic antimicrobial nanoparticles produced by fungi. Applied Microbiology and Biotechnology.  v. 95, p. 1-8. 2012.

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