A pesar de los avances tecnológicos que han reducido las muertes por enfermedades infecciosas, en comparación con épocas anteriores (como en el siglo XVIII) cuando las tasas de mortalidad eran significativamente más altas, aún enfrentamos nuevos desafíos en esta lucha. Uno de estos desafíos es la creciente resistencia desarrollada por las bacterias contra los antibióticos convencionales. Además, nos encontramos con la presencia de patógenos emergentes, es decir organismos que han surgido recientemente o que han experimentado un aumento repentino en su incidencia o capacidad de causar enfermedades.

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Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
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Los óxidos metálicos y su actividad bactericida
Rocío Magdalena Sánchez-Albores,1
Odín Reyes-Vallejo,2
Wilber Montejo-López 3
Desafíos contra enfermedades
infecciosas
A pesar de los avances tecnológicos que han
reducido las muertes por enfermedades
infecciosas, en comparación con épocas anteriores
(como en el siglo XVIII) cuando las tasas de
mortalidad eran significativamente más altas, aún
enfrentamos nuevos desafíos en esta lucha. Uno de
estos desafíos es la creciente resistencia
desarrollada por las bacterias contra los
antibióticos convencionales. Además, nos
encontramos con la presencia de patógenos
emergentes, es decir organismos que han surgido
recientemente o que han experimentado un
aumento repentino en su incidencia o capacidad
de causar enfermedades. Esta combinación de
resistencia bacteriana y patógenos emergentes
representa un desafío significativo para la salud
pública, motivando así las investigaciones para
desarrollar agentes antimicrobianos más eficientes
y seguros.
Nanopartículas de óxidos metálicos
como agentes antimicrobianos
El desarrollo de agentes antimicrobianos
utilizando nanopartículas (NPs) de óxidos metálicos
surge como una perspectiva innovadora y
prometedora en la lucha contra enfermedades
infecciosas. En primer lugar, al hablar de la escala
nanométrica, es importante comprender que
estamos tratando con partículas extremadamente
pequeñas, imperceptibles al ojo humano. Para
entender mejor estas dimensiones, consideremos
que un nanómetro es una fracción
extremadamente pequeña, equivalente a una
millonésima parte de un milímetro. En este
contexto, un objeto con una medida de cien
nanómetros (100 nm) sería considerablemente más
pequeño que una bacteria, lo que resultaría en la
interferencia con diversos procesos celulares de
estas últimas y disminuiría la probabilidad de
desarrollar resistencia ya que pueden dañar las
membranas celulares de las bacterias, esto les
dificulta desarrollar mecanismos de resistencia, es
decir; ¿algo pequeño, se hace peligroso para una
célula? La figura 1 nos permite entender esta
diferencia significativa.
Figura 1. Escala comparativa entre el tamaño de
nanopartículas y algunos sistemas biológicos.
Cuando mencionamos la palabra "óxido", es posible
que imaginemos el polvo de tono rojizo que
algunos metales desarrollan con el tiempo en su
superficie, al entrar en contacto con el oxígeno del
aire. En este sentido, podemos describir a los
óxidos metálicos como simples combinaciones de
metales y oxígeno que surgen cuando los metales
reaccionan con el oxígeno en su entorno. Se ha
informado en investigaciones que algunos óxidos
metálicos como el óxido de magnesio (MgO), el
óxido de titanio (TiO2), óxido de zinc (ZnO), óxido
cúprico (CuO), la magnetita (Fe3O4), óxido de
bismuto (Bi2O3) presentan importantes
propiedades antimicrobianas, las cuales dependen
en gran medida de su forma, tamaño y composición
química. Cuando se reduce el tamaño de estos
materiales a escala nano (una mil-millonésima
parte de un metro), se aumenta la relación entre la
superficie y el volumen de las nanopartículas, es
decir, que una cantidad relativamente pequeña del
material puede tener una gran área superficial
debido a su tamaño nanométrico. Esta alta relación
superficie/volumen puede favorecer su capacidad
para interaccionar con biomoléculas presentes en
microorganismos.
Modo de acción antimicrobiana de las
nanopartículas de óxidos metálicos
La acción antimicrobiana de los óxidos metálicos
se manifiesta a través de un fascinante proceso en
el cual, las propiedades de estos compuestos
metálicos desempeñan un papel fundamental en la

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inhibición y eliminación de microorganismos
patógenos. Desencadenando una serie de eventos
a nivel molecular, interfiriendo de manera selectiva
con los procesos vitales de los microorganismos y,
como consecuencia causando efectos
perjudiciales para su supervivencia. En la figura 2
se describen los principales mecanismos de acción
antibacteriana de estas nanopartículas.
Figura 2. Mecanismo de acción antibacteriana de
nanopartículas de óxidos metálicos.
Inicialmente, los óxidos metálicos tienen la
capacidad de interaccionar con las bacterias de
varias maneras. En primer lugar, estos óxidos
pueden unirse a la membrana y a la pared celular
bacteriana debido a ciertos grupos químicos
presentes en las bacterias. Cuando los óxidos
metálicos entran en contacto con las bacterias, los
iones metálicos presentes en ellos son atraídos
hacia estos grupos químicos en las bacterias. Es
decir, las nanopartículas metálicas interactúan con
las paredes y membranas de las bacterias, como si
fueran imanes. Esta atracción crea una
acumulación de óxidos metálicos en la superficie
de las bacterias, lo que afecta la estructura y la
función de sus membranas, estos daños pueden
hacer que las bacterias no sean capaces de
funcionar correctamente, lo que puede afectar su
capacidad para crecer y reproducirse, o incluso
llevar a su muerte. El daño directo en la membrana
celular causado por las nanopartículas puede
crear poros o alteraciones en la estructura de la
membrana que permiten el paso de las
nanopartículas al interior de la bacteria y estas
tienen la capacidad de interaccionar con
proteínas, lípidos y ácidos nucleicos de las
bacterias, provocando cambios en su estructura y
función, esto se debe a que pueden crear moléculas
especiales que contienen oxígeno y son muy
activas. Estas moléculas, llamadas especies
reactivas de oxígeno (ERO), son como pequeñas
bombas que pueden dañar las bacterias desde
adentro. Estas alteraciones en las biomoléculas
impactan en funciones cruciales del
microorganismo, tales como el metabolismo, el
transporte de sales y agua, la replicación del ADN,
la división celular, y también causan oxidación y
daño directo en la pared y la membrana celular
atacando a la bacteria desde su interior. Este
conjunto de cambios conduce inevitablemente a su
muerte. Existe también una disfunción de proteínas
y enzimas, debido a la interacción con
nanopartículas, esto puede entenderse como la
perturbación de obreros y herramientas vitales
dentro del sistema operativo de la bacteria, ya que
las proteínas y enzimas bacterianas desempeñan
roles cruciales en procesos metabólicos, así como
la síntesis de componentes celulares y la regulación
de funciones celulares.
Cuando las nanopartículas entran en contacto
con estas proteínas y enzimas bacterianas, pueden
afectar su conformación tridimensional,
interfiriendo con su capacidad para catalizar
reacciones químicas específicas. Esta interferencia
puede llevar a una pérdida de eficiencia o incluso
a la inactivación total de estas "herramientas"
biológicas. En el caso de las bacterias, esto podría
resultar en la interrupción de funciones críticas
como la producción de energía, la replicación del
DNA y otros procesos esenciales para su
supervivencia y reproducción. En última instancia,
esta disfunción contribuye a la debilidad y eventual
eliminación de las bacterias.
En resumen, las nanopartículas de óxidos
metálicos afectan a las bacterias de diferentes
maneras: dañan su estructura, generan estrés,
producen moléculas reactivas y desequilibran su
ambiente interno, afectan a sus "obreros" y
desorientan sus comunicaciones. Todo este trabajo
en conjunto puede combatir a las bacterias y
ayudar en la lucha contra las infecciones.

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Aplicaciones de las nanopartículas de
óxidos metálicos
La capacidad de combatir microorganismos
exhibida por las nanoestructuras de los óxidos
metálicos podría encontrar uso en campos
terapéuticos principalmente, aunque también
podría ser aplicada en sectores como la industria
alimentaria, la purificación del agua y la
fabricación textil. Algunos óxidos metálicos, como
el óxido de zinc (ZnO) y el óxido de titanio (TiO2) que
son de los materiales más estudiados por su
versatilidad, ofrecen una amplia gama de
aplicaciones potenciales en la lucha contra
bacterias y otros microorganismos. Estos
compuestos pueden ser utilizados en
recubrimientos antimicrobianos para superficies
hospitalarias, clínicas y laboratorios, así como en
envases de alimentos para prolongar la vida útil de
los productos alimenticios y prevenir la
contaminación microbiana. Además, los textiles
tratados con nanopartículas de óxidos metálicos
pueden proporcionar propiedades
antimicrobianas en prendas de vestir, ropa de
cama y textiles hospitalarios. Asimismo, los óxidos
metálicos son útiles en la fabricación de filtros de
agua para eliminar bacterias y mejorar la calidad
del agua potable, y en la formulación de pinturas y
recubrimientos para edificios, que impiden el
crecimiento de hongos (el moho, es hongo) y
bacterias en superficies interiores y exteriores.
Estas aplicaciones demuestran la versatilidad y
efectividad de los óxidos metálicos en la
prevención de infecciones, contribuyendo a la
salud pública.
Perspectivas y desafíos
En los últimos años, se han publicado varios
estudios sobre las nanopartículas antibacterianas,
destacando su potencial como alternativa
adecuada para algunos métodos antimicrobianos.
Las nanopartículas de óxidos metálicos, en
particular, han mostrado efectos antimicrobianos
significativos, lo que las convierte en potentes
agentes para diversas aplicaciones en la industria
farmacéutica, biomédica y alimentaria. Sin
embargo, su aplicación se ve limitada por la
toxicidad en concentraciones más altas. Además, el
uso de nanopartículas de óxidos metálicos para
actividades antimicrobianas presenta desafíos
importantes. Se requiere más investigación para
abordar la toxicidad y seguridad humana, así como
para evaluar los posibles impactos ambientales
negativos. También es crucial garantizar la
selectividad y especificidad en la acción
antimicrobiana. La producción a escala debe ser
rentable y eficiente, y se necesita una regulación
adecuada para su uso seguro. En conjunto, estos
desafíos requieren una colaboración
interdisciplinaria para asegurar un desarrollo
seguro y efectivo de nanopartículas
antimicrobianas de óxidos metálicos.
Palabras clave: óxidos metálicos; bacterias;
nanopartículas.
1 Rocío Magdalena Sánchez Albores: Doctora en
Materiales y Sistemas Energéticos Renovables por
la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas,
líneas de investigación, Desarrollo de materiales
con propiedades antimicrobianas, adsorción y
fotocatálisis para el tratamiento de aguas
residuales, adscrita a la Universidad Autónoma de
Chiapas.
Contacto: magdalena.sanchez@unach.mx
2 Odín Reyes Vallejo: Doctor y maestro en ingeniería
en energía por la UNAM, ingeniero en química
ambiental por el Tecnológico de México (Toluca).
Líneas de investigación: Desarrollo óxidos
metálicos y materiales carbonosos por procesos
verdes para el tratamiento de agua por
fotocatálisis y adsorción, fotoelectrólisis para la
producción de hidrógeno y reducción de CO2.
Posdoctorante en CINVESTAV Unidad Zacatenco
en la Sección de Electrónica de Estado Sólido.
Delegación Gustavo A. Madero, Ciudad de México.
Contacto: odin.reyes.v@cinvestav.mx
3 Wilber Montejo López: Doctor en Neurobiología
Celular y Molecular por el Cinvestav en el
departamento de Fisiología Biofísica y
Neurociencias, línea de investigación, estudio de
los mecanismos celulares y moleculares implicados
en enfermedades crónico-degenerativas. Además,
de estudios dedicados a combatir la proliferación

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de microorganismos, explorando el potencial de
nanopartículas de óxidos metálicos como agentes
antimicrobianos eficaces en una variedad de
aplicaciones, adscrito a la Universidad Autónoma
de Chiapas.
Contacto: wilber.montejo@unach.mx
Lecturas recomendadas
Álvarez-Constante, D.M., Rosero-Erazo, C.S. (2021).
Bactericidal potential of bismuth oxide and
titanium dioxide nanoparticles. Dom. Cien., 7(3),
822-836. http://dx.doi.org/10.23857/dc.v7i3.2026.
Olmos, A. R. V., Jiménez, A. B. J., & Díaz, B. P. (2018).
Mecanosíntesis y efecto antimicrobiano de óxidos
metálicos nanoestructurados. Mundo Nano, 11 (21),
29.
https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2018.21.62
545.
Flores-Brito E., Onofre-Villada P.G., Camiña-
Hernández B. (2023). El duelo silencioso contra los
antibióticos, Revista divulgación de Ciencia y
Educación, Redicye, 1 (3), 6-8.
https://redicye.upeg.edu.mx/2024/01/08/el-duelo-
silencioso-contra-los-antibioticos/
Recibido: febrero 10 de 2024
Aceptado: marzo 16 de 2024
Publicado: mayo 10 de 2024