Nano-metabolítos producidos por microorganismos de interés biotecnológico. Síntesis y caracterización

Abstract

El aumento acelerado de la población mundial, junto con el uso inadecuado y excesivo de antimicrobianos, ha ejercido una presión selectiva que favorece la aparición de microorganismos patógenos multirresistentes. En el ámbito clínico, la proliferación de estos super-microorganismos ha reducido la eficacia de numerosos fármacos, ocasionando infecciones persistentes y aumentando el riesgo de propagación entre individuos. En la agricultura moderna, el uso intensivo de pesticidas para el control de plagas y la prevención de pérdidas en los cultivos ha favorecido el desarrollo de resistencia en fitopatógenos, generando riesgos tanto para la salud humana como para los ecosistemas. En base a lo expuesto, uno de los mayores desafíos científicos actuales consiste en identificar nuevas biomoléculas que, además de ser bioseguras, presenten actividad antimicrobiana frente a fitopatógenos y patógenos humanos. En este contexto, la síntesis biológica de nanopartículas surge como una tecnología verde capaz de generar nanopartículas biocompatibles. El objetivo de esta Tesis fue caracterizar y evaluar el efecto antimicrobiano de nanopartículas metálicas sintetizadas por cepas fúngicas y bacterianas. Para ello, se obtuvieron nanopartículas de plata (AgNPs) a partir de la actinobacteria Amycolatopsis tucumanensis y el hongo Purpureocillium sp. 1A. Las AgNPs fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido, dispersión dinámica de luz, espectroscopía de energía dispersiva de rayos X, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier y Raman, lo que permitió determinar su forma, tamaño, estabilidad y composición química. Ambas AgNPs presentaron una estructura cristalina esférica, compuesta de plata elemental, recubierta por moléculas orgánicas derivadas del metabolismo de los microrganismos. El análisis proteómico y los estudios de docking molecular de las AgNPs de Purpureocillium sp. 1A permitieron identificar proteínas de la corona biomolecular e hipotetizar su ubicación dentro de las corona blanda o dura. En el área de la biotecnología roja, las AgNPs obtenidas a partir de ambos microrganismos exhibieron actividad antimicrobiana frente a patógenos clínicos como 6 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae y Staphylococcus aureus. Las AgNPs sintetizadas presentaron una biocompatibilidad aceptable, ya que no produjeron efectos citotóxicos in vitro en glóbulos rojos humanos. Asimismo, las sintetizadas a partir de Purpureocillium sp. 1A no produjeron toxicidad oral aguda en los ensayos in vivo con animales de experimentación. En el área de la biotecnología verde, ambas AgNPs inhibieron el crecimiento de fitopatógenos como Xanthomonas citri subsp. citri y Acidovorax avenae subsp. avenae, mientras que las obtenidas a partir de Purpureocillium sp. 1A también resultaron efectivas contra Fusarium sp. Los ensayos in vivo en caña de azúcar confirmaron la eficacia de ambas AgNPs en el control preventivo de la enfermedad de la estría roja, alcanzando un 36 % de control cuando se aplicaron las AgNPs de Purpureocillium sp. 1A. El análisis metagenómico del suelo demostró que las AgNPs obtenidas a partir de Purpureocillium sp. 1A no alteran de manera negativa la microbiota nativa del suelo. En conclusión, este trabajo de Tesis demuestra el potencial de las AgNPs sintetizadas biológicamente como una alternativa eficaz y segura para el control de patógenos de importancia clínica y agrícola.