Síntesis y caracterización de nanopartículas metálicas y de metaloides. Evaluación de su interacción con poblaciones bacterianas para aplicaciones en el ámbito alimentario

Resumen

El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es la evaluación de las potenciales aplicaciones de nanopartículas metálicas (plata (AgNPs)), de óxidos metálicos (óxidos de cinc (ZnONPs) y dióxido de titanio (TiO2NPs)) y metaloides (selenio (SeNPs) y teluro (TeNPs)) en la industria alimentaria, fundamentalmente aquellas basadas en su efecto sobre poblaciones microbianas. Los estudios se han llevado a cabo en dos tipos de poblaciones bacterianas: bacterias ácido lácticas, ampliamente utilizadas en la industria alimentaria por sus efectos beneficiosos para la salud; y patógenos comunes del sector alimentario que son capaces de formar biopelículas. Por otro lado, dentro de este objetivo principal se encuentra además implícita la evaluación de los posibles efectos adversos que el empleo de la nanotecnología puede ocasionar tanto para el consumidor como para el medio ambiente. En cuanto al primer grupo de microorganismos, bacterias ácido lácticas, se han evaluado diferentes formas químicas de selenio (selenito y SeNPs) y diferentes especies bacterianas para el desarrollo de alimentos funcionales mediante estudios de especiación y análisis de proteómica cuantitativa basada en la estrategia de marcaje metabólico SILAC. Ambas técnicas permitieron comprobar la transformación de selenio inorgánico en selenoamino ácidos independientemente de la forma de selenio suministrada. Por otro lado, también se ha propuesto el uso de ZnONPs para el desarrollo de envases activos por sus excelentes propiedades antimicrobianas. Sin embargo, la presencia de este tipo de nanopartículas en envases alimentarios puede conllevar riesgos como consecuencia de su posible migración desde el envase al alimento. Por este motivo, se han evaluado los cambios en las propiedades de las ZnONPs, en su migración desde el envase a la matriz alimentaria contenida (zumo de naranja o pechuga de pollo) mediante la técnica single-particle ICP-MS (SP-ICP-MS) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los resultados pusieron de manifiesto la disminución drástica en el tamaño de partícula provocada por su interacción con las matrices alimentarias. Asimismo, la aplicación de modelos de digestión gastrointestinal in vitro permitió establecer que estas partículas pueden alcanzar las paredes del intestino en forma de agregados, de pequeñas partículas y/o en forma de iones disueltos. El segundo grupo de microorganismos que se tratan en esta memoria está constituido por bacterias formadoras de biopelículas. Una de las estrategias más recientes que se están estudiando para hacer frente a la problemática de las biopelículas, es la interrupción de los sistemas quorum sensing (QS). Todas las nanopartículas ensayadas provocaron la interrupción del QS, efecto dependiente del tipo de nanopartícula, concentración y de sus características. Otras estrategias empleadas para combatir la formación de biopelículas implican inhibir la adhesión inicial de los microrganismos, alterar su estructura o inducir su dispersión. Para estudiar la capacidad de las SeNPs y TeNPs para producir estos efectos se recurrió a la microscopía de confocal láser de barrido y al tratamiento bioinformático de las imágenes obtenidas. La reconstrucción 3D de estas imágenes evidenció una gran distorsión de la estructura de la biopelícula formada por P. aeruginosa, E. coli y S. aureus, tras su exposición a las nanopartículas, inhibiendo gran parte del biovolumen de las biopelículas desarrolladas y disminuyendo su capacidad de adhesión. Por último, la aplicación de la técnica ICP-MS en modo de detección de células y partículas individuales (SC/SP-ICP-MS), junto con TEM, ha permitido determinar la acumulación, localización y transformación de las TeNPs en poblaciones bacterianas planctónicas de S. aureus y E. coli a nivel de células individuales, así como estimar las dimensiones de las TeNPs en forma de nanovarillas producidas por la interacción de las TeNPs esféricas originales con las especies bacterianas estudiadas.