¿Cómo mata el cobre a las bacterias?

Incluso en el mundo actual, después de la pandemia de COVID-19, los patógenos infecciosos siguen siendo noticia, llamando nuestra atención hacia las tecnologías que se están desarrollando para combatir estos gérmenes. Las bacterias, los virus y otros microorganismos representan una amenaza para la vida humana, especialmente para quienes reciben atención médica en un centro de salud. ¡Queremos saber qué los elimina, y lo queremos ahora!

Curiosamente, el cobre puro —el mismo material de las monedas y la Estatua de la Libertad— tiene poderosas propiedades antimicrobianas. De hecho, los antiguos egipcios, griegos y otras civilizaciones usaban el cobre para transportar y almacenar agua, revestir tuberías y barriles, e incluso en embarcaciones, porque podían observar que los objetos de cobre mantenían el agua libre de contaminación y la madera libre de parásitos.

Lo que los antiguos solo podían observar, la ciencia ahora puede explicar.

¿Cómo mata el cobre a las bacterias? No se trata de una propiedad mágica o esotérica: es simplemente oxidación. El cobre mata las bacterias a través de cinco vías principales, también llamadas "mecanismos de eliminación".

Veamos esos mecanismos de eliminación, con la ayuda de nuestro ejército de guerreros de óxido cuproso.

Los elementos químicos, como el cobre, son átomos compuestos por un núcleo estable y una nube de electrones menos estable.

Aunque se necesita una reacción nuclear para cambiar la composición del núcleo, los átomos intercambian electrones de forma regular. Estos intercambios de electrones se llaman reacciones "redox", una combinación de dos términos que describen acciones que ocurren en conjunto. (No son los nombres más intuitivos, ya verás.)

REDucción: ganancia de electrones y disminución del estado de oxidación

OXidación: pérdida de electrones y aumento del estado de oxidación

Cuando el cobre se oxida, es decir, pierde electrones, se crea un “óxido” de sí mismo llamado óxido cuproso (Cu₂O). En esta forma, el proceso redox une átomos de cobre con átomos de oxígeno, que están en constante intercambio de electrones. Esto hace que el óxido cuproso sea lo suficientemente inestable como para interrumpir organismos a nivel microscópico: el ejército perfecto contra los microorganismos que causan enfermedades.

El cobre, a través del óxido cuproso, elimina estos gérmenes mediante tres rutas principales, con un total de cinco mecanismos de eliminación disponibles cada vez que entra en contacto con células. Cualquiera de estos cinco métodos puede destruir bacterias, pero los mecanismos superpuestos también pueden evitar el desarrollo de resistencia.

Entonces, ¿cuáles son esos cinco mecanismos de eliminación?

El cobre es un metal. Cuando el metal reacciona con el agua —ya sea en forma líquida o por la humedad del aire— se oxida. A esto lo llamamos "oxidación" o “herrumbre” en los metales. El primer mecanismo de eliminación es precisamente esta oxidación: cuando el cobre crea moléculas de óxido, extrae electrones de los lípidos de la membrana celular de la bacteria, del oxígeno o de las proteínas. Los átomos de cobre oxidante debilitan la bacteria al robar estos electrones de los átomos que componen la pared celular. Como si quitaras ladrillos de una pared, eventualmente la pared se derrumba, matando a la bacteria.

Tres mecanismos de eliminación están relacionados con la toxicidad celular microbiana interna. A medida que los átomos de cobre oxidante destruyen la pared celular, la bacteria intenta adaptarse al entorno absorbiendo elementos del exterior o expulsando otros que no necesita. Como resultado, los iones de cobre inundan la célula. El cobre resulta rápidamente tóxico para el interior de la célula, que está lleno de componentes frágiles responsables de generar energía y escribir ADN. Los tres mecanismos afectan distintos aspectos de estos procesos internos: desde la producción de energía hasta la replicación del ADN.

Este mecanismo es como la historia del Caballo de Troya. Afuera, el ejército trabajaba para derribar los muros. Pero una vez que encontraron una forma de entrar, destruyeron rápidamente a los habitantes. El ejército tenía muchas formas de destruir al enemigo: cortar los suministros de comida (energía celular), interrumpir las comunicaciones (síntesis de ADN), o destruir armas y recursos (inundación y desplazamiento celular).

La tercera categoría y quinto mecanismo de eliminación es a través de los radicales libres. La oxidación del cobre libera radicales libres, átomos de oxígeno, hidrógeno u oxígeno hidroxilado. Estos átomos son altamente reactivos con otras sustancias porque tienen uno o más electrones desapareados, lo que los vuelve inestables. Todos los átomos buscan la estabilidad, así que intentan obtener un electrón para completar su par. Como resultado, “roban” electrones de las moléculas cercanas, iniciando una cadena destructiva en la membrana celular bacteriana, rompiéndola y matando finalmente a la bacteria.

Imagina un meteorito golpeando la Tierra, destruyendo todo a su paso mientras atraviesa la atmósfera. Aunque eventualmente se detiene, deja un rastro mortal. En nuestro caso, las víctimas son bacterias y otros gérmenes perjudiciales.

En resumen, el proceso de oxidación hace que el cobre sea un entorno muy poco hospitalario para los microorganismos. Justo el tipo de superficie que queremos donde hay presencia de gérmenes. ¡Nunca volverás a ver una humilde moneda de cobre de la misma forma!

Ahora que sabes sobre las propiedades antimicrobianas del cobre y la ciencia que las explica, es probable que sientas curiosidad por cómo las tecnologías innovadoras están aprovechando este poder de manera práctica y estética en los entornos de salud actuales. Puedes aprender más aquí. ¡Gracias por su visita!