Científicos revelan cómo funcionan realmente los detergentes

Científicos de la Universidad de York descubrieron cómo los detergentes cambian la forma de las membranas biológicas y cómo estos cambios provocan su colapso.

Los detergentes desempeñan un papel en la vida cotidiana, desde la eliminación de manchas difíciles y la limpieza de manos desordenadas hasta el arreglo de cerraduras pegajosas. En la nanoescala, son extremadamente destructivos, y sólo unas pocas gotas en el agua pueden romper y matar organismos vivos.

Esta propiedad ha propiciado su uso generalizado y se han desarrollado muchas fórmulas de jabón para matar virus portadores de enfermedades, como el Covid-19.

El Dr. Steve Quinn, de la Escuela de Física, Ingeniería y Tecnología de la Universidad de York, dijo: Comprender los mecanismos precisos a nivel molecular por los que actúan los detergentes puede ayudarnos a diseñar mejor los agentes antivirales que pueden combatir la enfermedad en la fase más temprana posible.

Nos dimos cuenta de que las mismas herramientas y técnicas que desarrollamos para comprender cómo las proteínas alteran las membranas celulares en la enfermedad de Alzheimer podrían utilizarse también para entender los mecanismos generales de los detergentes. Esto abre ahora una apasionante vía de investigación y nos da la oportunidad de identificar tipos de estructuras de membrana diferentes que pueden ser resistentes a los detergentes.

Foto Lara Dresser et al.

Para el estudio, los científicos se fijaron en el detergente Tween-20, que es un ingrediente protector clave en muchos productos, como los jabones lavamanos.

Las moléculas de los detergentes como el Tween-20 tienen la forma de un cono de helado. En la parte superior del cono hay una región que interactúa fuertemente con el agua, y en la parte inferior un grupo de átomos repele el agua y forma una cola puntiaguda. Cuando nos lavamos las manos con jabón, un ejército de moléculas de detergente rodea a las bacterias y los virus de la piel y, en un intento de escapar del agua circundante, se abalanzan hacia ellos y los bombardean, con la cola por delante, apretando sus envolturas de membrana y rompiéndolos.

Las propiedades químicas de los detergentes se han estudiado en detalle, pero hasta ahora los detalles precisos y a nivel molecular de la interacción han sido difíciles de evaluar debido a la falta de herramientas y técnicas capaces de captar todo el proceso.

El Dr. Quinn y su equipo de investigación han desarrollado ahora una serie de métodos para intentar conocer mejor estas importantes interacciones. Su equipo crea una serie de bolas de membrana altamente controlables, y utilizan un nanorregulador molecular conocido como FRET (transferencia de energía por resonancia de fluorescencia) de una sola molécula, para medir cómo se separan los componentes de las membranas durante su interacción con los detergentes.

El equipo descubrió que después de que el Tween-20 se une a las membranas, las bolas se expanden significativamente y se forman poros en su superficie antes de fragmentarse por completo. Para confirmar sus hallazgos, los investigadores utilizaron simulaciones por ordenador para modelar la evolución de las membranas.

El Dr. Quinn añadió: Los resultados experimentales de los diferentes enfoques coincidieron extremadamente bien, y las simulaciones de dinámica molecular nos permitieron extraer la física que gobierna el proceso, que de otro modo estaría oculta. La cultura de la interdisciplinariedad en el grupo de Física de la Vida de York fue realmente fundamental para este trabajo. La idea de que sólo un puñado de moléculas de detergente pudiera provocar cambios de forma tan drásticos fue realmente sorprendente.


Fuentes

University of York | Lara Dresser, Sarah P. Graham, Lisa M. Miller, Charley Schaefer, Donato Conteduca, Steven Johnson, Mark C. Leake, and Steven D. Quinn, Tween-20 Induces the Structural Remodeling of Single Lipid Vesicles. The Journal of Physical Chemistry Letters 2022 13 (23), 5341-5350. DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c00704