Se considera que las endosporas constituyen la forma de vida más resistente del planeta, y son producidas por ciertas células bacterianas en respuesta a la falta de nutrientes. Estas están compuestas por una microcápsula hermética hecha de proteínas y lípidos que contiene el material genético bacteriano. Su diseño les permite resistir condiciones ambientales adversas. Las endosporas pueden permanecer en un estado latente durante décadas en muchos entornos, incluyendo el aire, el suelo o la materia orgánica. Sin embargo, una vez son expuestas a las condiciones ambientales apropiadas, estas pueden germinar de vuelta a su forma celular vegetativa en cuestión de minutos, constituyendo una estrategia de supervivencia impresionante para los organismos vivos.
La respuesta de las endosporas bacterianas a los cambios de humedad relativa del entorno (higroscopicidad) es una de sus propiedades más destacadas. Las endosporas absorben la humedad del ambiente, pero su viabilidad no parece quedar comprometida por este motivo, lo cual puede estar relacionado con la distribución interna del agua en las endosporas.
El grupo de Gabriel Gomila, Nanoscale Bioelectrical Characterization, en colaboración con el Investigador Asociado de IBEC y profesor de la UB Antonio Juárez, han usado la Microscopía de Fuerzas Electrostáticas (EFM), una variación de la Microscopía de Fuerza Atómica que permite medir las propiedades internas de hidratación – absorción de humedad y distribución interna de agua – de las endosporas en condiciones de alta humedad relativa. Las mejoras implementadas a la técnica anteriormente establecida permiten obtener resultados mucho más relevantes que los obtenidos inicialmente por el mismo grupo, midiendo en seco o en condiciones de baja humedad.
‘Ha sido increíble ver como la estructura de las endosporas es capaz de preservar su núcleo, donde se encuentra el ADN, en condiciones de baja hidratación, independientemente de las condiciones relativas de humedad. Esta propiedad es clave para las extraordinarias habilidades 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 los investigadores de IBEC demuestran la precisión y potencial de su técnica EFM para medir las propiedades higroscópicas de objetos a pequeña escala. Esto 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 – uno de las mayores amenazas para la seguridad alimentaria – o los aerosoles que empleen nanopartículas relevantes para las ciencias atmosféricas.
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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).
Imagen: 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.
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