Los conos de nanopilares que cubren las alas de las cigarras se unen con las membranas bacterianas, estirando la porción entre los conos hasta el punto de romperse.
Introducción
Cada verano, las cigarras anuales emergen del subsuelo en todo el mundo, espesando el aire con su distintivo chasquido y traqueteo. Las cigarras de diecisiete años, que existen solo en América del Norte, sorben la savia de las raíces de las plantas debajo del suelo durante casi dos décadas antes de salir a la superficie y mudar sus caparazones para convertirse en adultos reproductores.
La nación Onondaga marca el momento en que una cría de cigarras de 17 años brotó del suelo después de que la campaña de tierra arrasada de George Washington en 1779 dejó a la gente sin cosechas, brindándoles una fuente de alimentos de emergencia que les permitió sobrevivir.
Ahora, las cigarras pueden proporcionar otro medio para la supervivencia humana. La ciencia reciente muestra que las pequeñas estructuras en las alas de las cigarras matan las bacterias, lo que podría brindarnos otra forma de combatir los gérmenes que matan a millones de personas cada año.
La estrategia
En 2012, los científicos observaron que las alas de cigarra matan varios tipos de bacterias dañinas, pero no quedó claro de inmediato cómo funcionaba. ¿Estaban las alas cubiertas con un antibiótico? ¿Hubo una respuesta inmune rápida? Usando potentes microscopios para obtener una vista extremadamente cercana de las alas, los científicos observaron pequeñas protuberancias en forma de cono llamadas nanopilares que cubrían ambos lados en una disposición hexagonal.
Supusieron que en realidad eran los propios conos los que estaban matando a las bacterias, y usaron el "toque de Midas" para probarlo. Recubrieron las alas de cigarra con una capa súper delgada de oro para inhibir cualquier reacción bioquímica. Cuando se expusieron a las alas de cigarra chapadas en oro, las bacterias aún murieron, lo que demuestra que no hubo un asesino químico: las estructuras únicas de nanopilares fueron las responsables directas.
Para comprender cómo los conos matan bacterias, piense en una célula bacteriana como un globo de agua. Con un diámetro varias veces mayor que la distancia entre los conos, una célula descansa sobre muchos nanopilares. Es tentador pensar en estos nanopilares como una cama de clavos que simplemente hacen estallar el globo de agua. Sin embargo, en 2013, el mismo grupo de científicos desarrolló un modelo que contaba una historia diferente.
Los nanopilares se unen a la membrana celular bacteriana, estirándola y eventualmente rompiéndola.
Considere lo que sucede entre solo dos de los conos. El globo de agua se hundiría alrededor de ambos conos, mientras que la membrana entre ellos se extendería a través del espacio como un puente. Sin embargo, a nanoescala, la membrana celular no solo se hunde, sino que se siente atraída físicamente por las superficies de los nanopilares, esencialmente adhiriéndose a ellos. A medida que la membrana se adhiere más abajo en ambos conos, la membrana que se extiende entre ellos se estira y finalmente se rompe como una banda elástica.
Ahora considere las rupturas entre cada par de conos que toca la célula: las entrañas citoplásmicas que se derraman de una membrana triturada significan la muerte bacteriana.
Este mecanismo sólo es efectivo en bacterias: el tipo de bacteria que tiende a causar infecciones. no funciona en bacterias, que tienden a ser bacterias "probióticas" beneficiosas. En lugar de globos de agua flexibles, las bacterias beneficiosas se parecen más a huevos de cáscara dura con membranas rígidas. Están protegidos del efecto de ruptura de los nanopilares porque las fuerzas físicas que atraen sus membranas a las superficies del cono no son lo suficientemente fuertes para superar su rigidez.
Las posibilidades
Durante siglos, el concepto de infección bacteriana no se descubrió, lo que pospuso la guerra que eventualmente libraríamos contra ella. En la década de 1860, el microbiólogo francés Louis Pasteur inició la batalla al demostrar finalmente que los gérmenes causan infecciones. Poco después, inventó la pasteurización para hacer que algunas bebidas fueran más seguras para beber.
Joseph Lister, un cirujano, aplicó rápidamente el trabajo de Pasteur a los hospitales y desarrolló la primera técnica de esterilización para limpiar instrumentos, manos y heridas con ácido fénico. Luego, en 1928, el investigador escocés Alexander Fleming descubrió accidentalmente la penicilina, lo que provocó décadas de investigación sobre antibióticos.
Ahora que algunas bacterias están desarrollando resistencia a los antibióticos, debemos mirar a la naturaleza para que nos ayude a descubrir nuevas formas de combatir las infecciones.
Los nanopilares de alas de cigarra pueden ser la próxima arma en nuestro arsenal de gérmenes. Los instrumentos quirúrgicos, los implantes biomédicos, las manijas de las puertas y las superficies de preparación de alimentos podrían algún día cubrirse con conos microscópicos para matar las bacterias antes de que puedan invadir.
