image: A team of biophysics from leading Russian research and educational institutions (MSU, RUDN University, and the Federal Research and Clinical Center of the Federal Medical-Biological Agency of Russia) developed a computer model that shows the effect of antiseptics on bacterial membranes. The common concepts regarding the mode of action of antiseptics turned out to be incorrect: instead of destroying bacterial membranes, they cause changes in their structure. These changes make the bacteria weaker and more susceptible to adverse external factors. view more
Credit: RUDN University
Biofísicos de las principales instituciones científicas y educativas de Rusia, entre ellas la Universidad Estatal de Moscú, RUDN University, y el Centro Científico y Clínico Federal de Medicina Física y Química de la Agencia Federal Médica-Biológica, construyeron un modelo computacional que muestra cómo los antisépticos con partículas cargadas afectan a la membrana bacteriana. Los científicos concluyeron que ideas previas sobre el mecanismo de acción de los antisépticos no son del todo correctas: los antisépticos por sí solos no destruyen la membrana bacteriana, solo causan cambios en la estructura de tal membrana. Esto debilita a la bacteria y causa su muerte bajo la influencia de factores externos. Los resultados fueron publicados en The Journal of Physical Chemistry.
Los antisépticos son fármacos que alteran los procesos internos o las estructuras externas de los patógenos y, por lo tanto, causan su muerte. Por ejemplo, el alcohol descompone importantes componentes básicos y elementos reguladores de bacterias y virus, y algunos antisépticos destruyen la integridad de la membrana bacteriana. Los antisépticos son efectivos contra una amplia variedad de patógenos, pero su mecanismo de acción específico aún no se ha estudiado en detalle. Solo se conocen características generales, por ejemplo, que el daño en la membrana bacteriana se debe a la presencia de partículas cargadas en las moléculas antisépticas. Por lo tanto, unos biofísicos crearon un modelo computacional de una membrana bacteriana y descubrieron cómo los antisépticos destruyen las bacterias. Los resultados ayudarán a hacer frente a la resistencia a los antisépticos.
"Una serie de patógenos, especialmente los causantes de infecciones nosocomiales son resistentes a los antisépticos. Para el uso y desarrollo eficaz de antisépticos es vital comprender los fundamentos físicos de la interacción de antisépticos con los microorganismos", expresó Ilya Kovalenko, Doctor en Ciencias Físico-Matemáticas, programa 5-100 RUDN University.
Los biofísicos construyeron un modelo de membrana bacteriana, donde "colocaron" moléculas de cuatro antisépticos diferentes: miramistin, clorhexidina, picloxidina y octenidina. Estos antisépticos son del grupo de los catiónicos, es decir, sus moléculas tienen carga positiva. Se prevé que la carga es la que destruye la membrana bacteriana. Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, los antisépticos solo cambiaron ligeramente la estructura de la membrana, pero no causaron daño. La destrucción de la membrana no se produjo incluso con un aumento en la concentración del antiséptico de 1:24 a 1:4 en relación con la cantidad de lípidos de la membrana.
La destrucción de la membrana ocurrió cuando los biofísicos agregaron al modelo un campo eléctrico externo de 150 milivoltios por nanómetro. La membrana cambió, se formaron poros alrededor de las moléculas antisépticas, luego el agua penetró en estos orificios inicialmente pequeños, de esta forma los expandió y "rompió" la membrana. Este efecto fue posible gracias a que cerca del antiséptico de carga positiva la membrana se tornó más delgada, es decir, las moléculas de la membrana sin carga tendían a apartarse del antiséptico. La irregularidad de la membrana la hizo más vulnerable a los factores externos, lo que finalmente causó la muerte de la célula.
"Hemos estudiado la interacción de varios antisépticos con un modelo de membrana bacteriana y hemos descubierto que el factor clave en la formación de poros es el reordenamiento de la membrana en presencia de un campo eléctrico, lo cual es obligatorio. Esperamos que el modelo obtenido ayude a predecir el efecto de antisépticos conocidos y recientemente descubiertos sobre diferentes microorganismos", dijo Ilya Kovalenko, Doctor en Ciencias Físico-Matemáticas, programa 5-100 RUDN University.
###
Journal
The Journal of Physical Chemistry B