Investigadores del IBEC utilizan la microscopía EFM para desvelar los secretos de la supervivencia de las endosporas bacterianas

acs-nano-gabrielwebUn grupo de investigación del IBEC ha revelado nuevas estrategias de supervivencia de las endosporas bacterianas utilizando la Microscopía de Fuerzas Electrostáticas (EFM) para analizar su nivel hidratación en distintas condiciones de humedad relativa.

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Imagen: Imágenes de EFM de una endospora y de una célula bacteriana en condiciones de baja (arriba) y alta (abajo) humedad relativa. El aumento del contraste en las imágenes producidas en condiciones de alta humedad relativa se relaciona con la absorción de humedad de la endospora y la célula bacteriana.

Las endosporas, consideradas la forma de vida más resistente del planeta, se producen a partir de ciertas células bacterianas en respuesta a la falta de nutrientes. Están compuestas por una microcápsula hermética hecha de proteínas y lípidos que contiene el material genético bacteriano, y su diseño les permite resistir condiciones ambientales adversas.

Las endosporas pueden permanecer en estado latente durante décadas en muchos entornos, incluyendo el aire, el suelo o la materia orgánica. Sin embargo, una vez se exponen a las condiciones ambientales apropiadas, estas pueden germinar de vuelta a su forma celular vegetativa en cuestión de minutos, constituyendo una estrategia de supervivencia clave para los organismos vivos.

Una de las propiedades más destacadas de las endosporas bacterianas es su respuesta a los cambios de humedad relativa del entorno (higroscopicidad), ya que absorben la humedad del ambiente sin que esto comprometa su viabilidad, lo cual puede estar relacionado con la manera en la que distribuyen internamente el agua.

El grupo de Gabriel Gomila, Nanoscale Bioelectrical Characterization, en colaboración con Antonio Juárez, investigador asociado del IBEC y profesor de la UB, han usado la Microscopía de Fuerzas Electrostáticas (EFM), una variación de la Microscopía de Fuerza Atómica que permite medir las propiedades internas de hidratación de las endosporas en condiciones de alta humedad relativa.

‘Hemos podido observar cómo la estructura de las endosporas es capaz de preservar su núcleo, donde se encuentra el ADN, incluso sometiéndolas a condiciones de baja hidratación, independientemente de las condiciones relativas de humedad. Esta propiedad clave se suma al resto de habilidades extraordinarias de las endosporas’ dice Gabriel. ‘Esta propiedad también es la base de su sorprendente respuesta al agua, que ha dado lugar a investigar nuevos dispositivos recolectores de energía basados en endosporas que pueden generar energía eléctrica a través de la evaporación de una masa de agua, así como dispositivos electromecánicos de esporas con quantum dots de grafeno’.

Los resultados de esta investigación demuestran la precisión y potencial de la técnica EFM para medir las propiedades higroscópicas de objetos a pequeña escala, lo cual puede ser de gran interés para otras aplicaciones nano-higroscópicas. Algunos ejemplos son los materiales sensibles al agua para el almacenamiento de energía, los procesos biológicos dependientes de la humedad, como la producción de micotoxinas (una de las mayores amenazas para la seguridad alimentaria) o los aerosoles que empleen nanopartículas relevantes para las ciencias atmosféricas.

Paper: Marc Van Der Hofstadt, Rene Fabregas, Ruben Millan-Solsona, Antonio Juarez, Laura Fumagalli & Gabriel Gomila (2016). Internal Hydration Properties of Single Bacterial Endospores Probed by Electrostatic Force Microscopy. ACS Nano, 10.1021/acsnano.6b06578

Partially supported by the FP7-funded Nanomicrowave project (FP7/People-2012-ITN 317116.EU).