Un equipo del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM) del CSIC ha desarrollado un innovador protocolo de Microscopía Holográfica Digital que permite caracterizar rápidamente la masa seca y las propiedades morfológicas de las bacterias. Este avance es crucial para entender cómo las bacterias resisten los antibióticos, mejorando así su eficacia. La técnica ofrece una solución precisa y escalable para medir el estado fisiológico de las células bacterianas, lo que puede ayudar a abordar la creciente amenaza de la resistencia bacteriana, considerada por la OMS como un grave problema de salud global. Los investigadores planean aplicar este método en bacterias vivas para estudiar su respuesta a tratamientos antibióticos.
Un equipo del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas ha desarrollado un innovador protocolo basado en la Microscopía Holográfica Digital (DHM, por sus siglas en inglés). Esta técnica permite caracterizar con rapidez y precisión la masa seca y las propiedades morfológicas de las células bacterianas. Publicado en la revista Scientific Reports, este avance representa un paso significativo para entender los mecanismos de resistencia bacteriana frente a los antibióticos, lo que podría contribuir a mejorar su eficacia.
La masa celular es un indicador fundamental del estado fisiológico y evolutivo de una bacteria. Entre los parámetros biofísicos relevantes se encuentran la masa seca y la morfología. La masa seca, que se refiere al material biológico tras la eliminación del agua, está directamente relacionada con el crecimiento bacteriano, su estado nutricional y la respuesta a tratamientos antibióticos. Un incremento en la masa seca indica actividad metabólica, mientras que una disminución puede señalar falta de nutrientes o un estado de reposo. Por otro lado, la morfología, influenciada por la pared celular y el citoesqueleto, es crucial para la interacción bacteriana con su entorno, sirviendo como indicador de adaptación y estrés.
A pesar de su relevancia en el estudio evolutivo de las bacterias, la caracterización de su masa y morfología tradicionalmente se ha realizado mediante microscopios y técnicas gravimétricas complejas. Con el fin de optimizar este proceso, el equipo del IMN-CSIC ha logrado medir tanto la masa seca como la forma celular utilizando Microscopía Holográfica Digital. Esta técnica óptica combina láseres con sistemas digitales para generar imágenes tridimensionales a escala celular.
Gracias a esta metodología, es posible diferenciar entre células individuales y agrupadas, analizar tendencias de crecimiento e incluso prever los efectos de diversos tratamientos antibióticos. “La microscopía holográfica digital nos permite cuantificar la masa seca de una población bacteriana y vincularla directamente con su ciclo vital y estado fisiológico”, explica Álvaro Cano, investigador del IMN-CSIC y autor del estudio.
El método ha sido exitosamente aplicado en dos especies bacterianas modelo: Escherichia coli y Staphylococcus epidermidis. Los investigadores han observado propiedades similares a las obtenidas mediante otras técnicas avanzadas como modelos teóricos de crecimiento bacteriano o Espectrometría de Masas Nanomecánica (NMS). Además de su precisión, esta nueva técnica destaca por su facilidad de uso, rapidez y potencial para automatización, lo que le confiere características escalables e industrializables.
La resistencia bacteriana se erige como una grave amenaza para la salud global según informes recientes de la Organización Mundial de la Salud (OMS), que revelan que una de cada seis infecciones bacterianas presenta resistencia a tratamientos antibióticos. Este fenómeno ha llevado a expertos a prever que la resistencia antimicrobiana será una causa principal de mortalidad mundial hacia 2050.
Bajo este contexto crítico, los investigadores planean aplicar el método desarrollado en el IMN-CSIC a bacterias vivas en su entorno natural. “Nuestro objetivo será analizar cómo varían su masa y morfología durante la acción de los antibióticos; este conocimiento es esencial para desentrañar los mecanismos de resistencia y optimizar los tratamientos”, concluye Cano.
La Microscopía Holográfica Digital es una técnica óptica que combina el uso de láser y un sistema de registro digital para crear imágenes tridimensionales de muestras a escala celular, permitiendo caracterizar la masa seca y las propiedades morfológicas de las células bacterianas.
La masa seca es un indicador clave del estado fisiológico y evolutivo de una bacteria. Está relacionada con el crecimiento, el estado nutricional y la respuesta a los antibióticos, siendo crucial para comprender cómo las bacterias resisten estos tratamientos.
El método se ha aplicado con éxito en dos bacterias modelo inactivas: Escherichia coli y Staphylococcus epidermidis.
Este avance es relevante porque la resistencia bacteriana representa una gran amenaza para la salud global. La nueva técnica podría ayudar a comprender mejor los mecanismos de resistencia a los antibióticos y mejorar la eficacia de estos tratamientos.
El siguiente paso será aplicar el método desarrollado a bacterias vivas en su entorno natural para analizar cómo varían su masa y morfología durante la acción de los antibióticos.