Graciela Ávila-Quezada, Laila N. Muñoz-Castellanos y Gerardo Espino-Solís
Ciudad de México, 7 de febrero de 2020.— La contaminación poscosecha de la fruta por microorganismos patógenos es un tema clave en la cadena de suministro de alimentos. Los contaminantes patógenos de frutos en poscosecha más comunes son Penicillium spp., Aspergillus spp., Botrytis spp, Alternaria spp., Fusarium spp., Curvularia spp., Rhizopus spp. y Colletotrichum spp., además de los patógenos que pueden transmitirse en los mismos empaques como Escherichia coli (E. coli), Salmonella spp., Listeria monocytogenes y Mycobacterium spp., entre otros.
Las buenas prácticas agrícolas y de manejo reducen significativamente estas contaminaciones. Debido al comportamiento de las poblaciones microbianas, incluidos los hongos y las bacterias, una contaminación inicial puede originar nuevos focos de infección y aumentar la incidencia o la severidad del problema.
El deterioro de la calidad y la pérdida de frutas y hortalizas frescas durante el almacenamiento y empaque tienen un impacto económico alto, por ello, es importante aplicar diversas medidas de control en las superficies que pueden estar contaminadas, para reducir las poblaciones de los microorganismos en poscosecha.
Control de patógenos con nanopartículas metálicas
Las nanopartículas de metales como plata, zinc, cobre, titanio o paladio, son una opción para el control de hongos y bacterias fitopatógenas, además presentan baja toxicidad para las células que no están en constante división y poseen amplio espectro de acción. En comparación con los biocidas sintéticos, tienen baja probabilidad de desarrollar resistencia microbiana, ya que actúan directamente inhibiendo la división celular del microorganismo, así como causando daños en la pared celular y estrés oxidativo, lo que aumenta su toxicidad microbiana. Su naturaleza antimicrobiana depende del agente de recubrimiento de la superficie, del tamaño y la forma de la nanopartícula.
Las nanopartículas del metal para ser efectivas como agentes antimicrobianos deben medir menos de 100 nanómetros. El potencial antibacteriano aumenta a medida que disminuye el tamaño de la nanopartícula.
Por ejemplo las nanopartículas de plata, de tamaño de diez nanómetros, en concentraciones de 20 microgramos por mililitro, reducen la población de E. coli hasta en un 53 por ciento, y en concentración de 30 a 40 microgramos por mililitro eliminan totalmente el crecimiento bacteriano.
La forma de acción de las nanopartículas de plata es que ingresa a las células bacterianas o espora del hongo, después, ocurre una liberación de iones de plata dentro de la bacteria u hongo y causan el efecto bactericida o fungicida.
Cuando las nanopartículas de plata ingresan a la bacteria perforan la superficie del microorganismo, la arrugan, la rompen y producen la fuga del contenido citoplasmático. El efecto bactericida de la nanopartícula se atribuye a la liberación de cationes de plata.
Los átomos de plata en las nanopartículas tienen una alta afinidad con los compuestos que contienen azufre y fósforo, como el ácido desoxirribonucléico (ADN). De esta manera, se combinan fácilmente con los constituyentes celulares y destruyen la célula.
En estudios llevados a cabo con nanopartículas de cobre como antimicrobianos de bacterias patógenas como Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa, se observó una destrucción de la pared celular con una subsecuente liberación de su material citoplásmico y de su ADN, así como una citotoxicidad por la acumulación de especies reactivas de oxígeno dentro de la célula; el daño mayor se presentó en el género Pseudomonas, por el tipo de pared celular que posee.
La aplicación de nanopartículas de paladio en microorganismos como el hongo Aspergillus niger (contaminante en poscosecha), es un procedimiento efectivo, ya que el hongo sufrió daño celular, sus esporas no pudieron germinar y sufrió estrés oxidativo. De manera similar, en levaduras del género Candida, el contacto con nanopartículas tanto de paladio, cobre, titanio y plata, sufren un daño irreversible en su pared y membrana celular, causando inhibición en su replicación o la muerte.
Una vez que se ha aplicado el control a las bacterias u hongos patógenos, se requiere una técnica precisa para medir la efectividad de las nanopartículas de plata o de cualquier otro tipo de control.
Medición de la efectividad del control
Los autores sugerimos realizar estudios con citometría de flujo debido a que es una de las técnicas más confiables para detectar viabilidad celular y directamente el efecto del tratamiento. La citometría de flujo es una técnica precisa que permite detectar cambios celulares específicos en la membrana celular. El recuento bacteriano total es un criterio de calidad clave para alimentos y una herramienta útil para detectar la presencia de microorganismos en cualquier ambiente.
Esta técnica también se puede aplicar para medir la eficacia de los tratamientos cuando se pretende reducir la contaminación en agua, alimentos y bebidas, determinando la viabilidad de los microorganismos residuales. En la agricultura, puede usarse para probar la efectividad de los antibióticos y antifúngicos contra los patógenos de las plantas.
La ventaja de los recuentos de células vivas en comparación con los recuentos en placa es que la citometría de flujo permite la determinación de varias etapas de morbilidad entre las células vivas y muertas. Algunos de estos son la integridad de la membrana, el potencial de membrana, el transporte de electrones, las células totales, actividad mitocondrial, pH intracelular y contenido de carotenoides.
Conclusión
La nanotecnología ofrece herramientas sumamente útiles con aplicación en la agricultura y producción de alimentos. Las nanopartículas metálicas son una opción viable para el control de microorganismos en superficies, y se puede determinar por medio de la viabilidad celular con citometría de flujo, siendo esta una técnica accesible para medir la efectividad del control empleado.
