Eficacia de las nanopartículas metálicas y bacteriófagos como agentes anti-biofilm (anti-biopelícula) para combatir la resistencia bacteriana, con énfasis en sus mecanismos de acción y espectros antimicrobianos

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2023

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Resumen

La resistencia bacteriana ocurre cuando las bacterias experimentan cambios estructurales y funcionales que generan mecanismos de protección contra sustancias nocivas incluyendo agentes antimicrobianos (Deng, Y., et al., 2022). Un ejemplo de esto es la generación de biopelículas, comunidades de microorganismos que se adhieren a una superficie que surgen como producto de la exposición a condiciones de estrés, factor que influye de manera considerable en la persistencia de infecciones bacterianas ya que se le confiere a la bacteria una mayor capacidad de sobrevivir en entornos hostiles, razón por la cual se han generado una serie de propuestas para combatir las biopelículas (Mulya, E., & Waturangi, D. E., 2021). El presente documento tiene como objetivo describir la actividad anti-biofilm de las nanopartículas metálicas y bacteriófagos con énfasis en sus mecanismos de acción y espectros anti-biofilm, dado a sus características promisorias como tratamiento contra la resistencia bacteriana. Para ello se generó un estudio de tipo revisión bibliográfica, tras la definición del tema, se realizó la capacitación sobre la búsqueda y recuperación de información proporcionada por la biblioteca Juan Roa Vásquez, posteriormente se definieron las palabras clave relevantes y tras el uso del tesauro DeCS y de truncadores y operadores booleanos se obtuvieron 4 algoritmos de búsqueda, los cuales se aplicaron en diversas bases de datos, lo que resultó en un total de 20,311 artículos, cuyo número se redujo a 80 artículos después de aplicar criterios de exclusión e inclusión y realizar una revisión general, tras la lectura se seleccionaron 74 artículos, los cuales fueron empleados en el presente documento, a partir de su lectura se encontró que las nanopartículas, especialmente las de plata, destacan por su capacidad de penetración y generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), lo que las hace altamente eficaces contra una amplia variedad de bacterias, destacando S. aureus, E. coli y P. aeruginosa, por ende, su utilidad se extiende a diversas infecciones tales como: infecciones de oído, del sistema musculoesquelético, de vías urinarias, nosocomiales, de piel, prótesis, e incluso infecciones oportunistas en pacientes con fibrosis quística, no obstante, se ha de considerar su citotoxicidad y daño ambiental. Por otro lado, los bacteriófagos, se caracterizan por su alta selectividad, además despliegan múltiples mecanismos de acción, incluyendo la degradación de bacterias y la capacidad de atacar células latentes en biofilms. Se han estudiado principalmente en infecciones como las de Klebsiella pneumoniae, la cual es responsable de generar infecciones en vías urinarias y neumonía, sin embargo, se ha de tener en cuenta que por su especificidad pueden generar resistencia, para evitar esto se requiere del uso de cocteles de fagos, que a su vez generan mayores procesos y costos. Así pues, la decisión de utilizar bacteriófagos o nanopartículas como herramientas antibiofilm dependerá de varios factores críticos donde se incluyen la naturaleza específica de la infección, la composición única del biofilm en cuestión, la disponibilidad de información detallada sobre las cepas bacterianas involucradas y otras consideraciones clínicas y prácticas. Con esto, es fundamental tener una comprensión completa de las ventajas y desventajas de cada enfoque para tomar decisiones informadas durante el desarrollo de estrategias terapéuticas que sean efectivas en la lucha contra las infecciones asociadas a biofilms.

Descripción

Abstract

Antibiotic resistance occurs when bacteria undergo structural and functional changes that create protective mechanisms against harmful substances, including antimicrobial agents (Deng, Y., et al., 2022). An example of this is the formation of biofilms, communities of microorganisms that adhere to a surface and arise as a result of exposure to stressful conditions. This significantly influences the persistence of bacterial infections since it grants bacteria greater ability to survive in hostile environments. Hence, a range of proposals has been generated to combat biofilms (Mulya, E., & Waturangi, D. E., 2021). This document aims to describe the anti-biofilm activity of metallic nanoparticles and bacteriophages with an emphasis on their mechanisms of action and anti-biofilm spectra, given their promising characteristics as a treatment against bacterial resistance. To achieve this, a literature review study was conducted. After defining the topic, training was provided on information retrieval, as provided by the Juan Roa Vásquez Library. Relevant keywords were subsequently defined, and using the DeCS thesaurus, as well as truncators and Boolean operators, four search algorithms were obtained. These algorithms were applied to various databases, resulting in a total of 20,311 articles, which were reduced to 80 articles after applying exclusion and inclusion criteria and conducting a general review. Following thorough reading, 74 articles were selected for use in this document. From the literature review, it was found that nanoparticles, especially silver nanoparticles, stand out for their ability to penetrate and generate reactive oxygen species (ROS), making them highly effective against a wide variety of bacteria, including S. aureus, E. coli, and P. aeruginosa. Therefore, their utility extends to various infections such as ear infections, musculoskeletal system infections, urinary tract infections, nosocomial infections, skin infections, prosthetic infections, and even opportunistic infections in cystic fibrosis patients. However, their cytotoxicity and environmental damage must be considered. On the other hand, bacteriophages are characterized by their high selectivity and deploy multiple mechanisms of action, including bacteria degradation and the ability to target dormant cells within biofilms. They have been primarily studied in infections such as Klebsiella pneumoniae, which is responsible for urinary tract infections and pneumonia. However, it should be noted that due to their specificity, they can lead to resistance. To prevent this, the use of phage cocktails is required, which in turn generates additional processes and costs. Therefore, the decision to use bacteriophages or nanoparticles as antibiofilm tools will depend on several critical factors, including the specific nature of the infection, the unique composition of the biofilm in question, the availability of detailed information about the involved bacterial strains, and other clinical and practical considerations. With this, it is essential to have a comprehensive understanding of the advantages and disadvantages of each approach to make informed decisions during the development of therapeutic strategies that are effective in combating biofilm-associated infections.

Palabras clave

Bacteriófagos, Nanopartículas, Anti-biopelículas, Eficacia

Keywords

Bacteriophages, Nanoparticles, Anti-biofilms, Effectiveness

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