Resumen

El cobre, al ser un metal de transición, tiene una capacidad de donar o recibir electrones fácilmente, lo cual resulta ser la fuente de muchas de sus propiedades; este metal se empezó a usar hace unos 10,000 años cuando los humanos dejaron de usar piedras para hacer herramientas y empezaron a usar metales que estuvieran disponibles en la naturaleza, por lo que se inició con el cobre debido a que era un metal maleable, dúctil y resistente. Posteriormente, los egipcios lo ocupaban como sistema de plomería en las pirámides egipcias. 

En este proyecto se realiza una investigación acerca de la función y capacidad del cobre para inhibir y eliminar bacterias en un 99% en lapsos cortos de tiempo. Dicho efecto también se ve reflejado en aleaciones del cobre, siempre y cuando contenga un 70% de este metal. La función antimicrobiana del cobre consiste en lo atractivo que resultan ser sus iones para algunos microorganismos, quienes lo perciben como nutrientes esenciales; al entrar a la célula, una dosis letal de iones interfiere con las funciones celulares, impidiendo que las enzimas de la célula le ayuden a respirar, comer o crear energía. 

Al experimentar para comprobar la capacidad del cobre para inhibir bacterias, se pretende desarrollar la elaboración de un gel hecho a base de sulfato y cloruro de cobre, que sea capaz de eliminar la bacteria Staphylococcus aureus, así como algunas otras bacterias encontradas en el ambiente.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

La bacteria Staphylococcus aureus ocasiona algunas infecciones que afectan a la piel y además presenta resistencia a varios antibióticos. Por lo tanto, es importante analizar si existen otras alternativas para incorporar como ingrediente activo en los antibióticos o tratamientos médicos, el cual proporcione los efectos necesarios para inhibir la propagación de la cepa de esta bacteria y con ello las infecciones que provoca; por lo que se espera que el cobre sea el metal que brinde dichos efectos, y de ser así, poder incorporarlo en cierta proporción a partir de compuestos químicos que lo contienen, como parte de los ingredientes que componen a un gel o tratamiento para tratar infecciones ocasionadas por dicha bacteria.

Antecedentes

¿Qué es el cobre?

Elemento químico, de símbolo Cu, con número atómico 29; uno de los metales de transición e importante metal no ferroso.  El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos. En la historia de la humanidad, el cobre ha estado presente con usos medicinales sin embargo, no son muy conocidas las funciones y beneficios que tiene en la salud. 

¿Cómo se empleaba el cobre en el pasado?

Desde el inicio de la humanidad, el cobre se utilizaba como un elemento principal de esterilización. Civilizaciones como la egipcia, china y azteca conocían de las propiedades del cobre. En Egipto, se usaba para desinfectar el agua y hacerla potable, en la antigua Tenochtitlán, era usado para sanar dolores, mientras que en China, el cobre simbolizaba la salud misma.

Efecto antimicrobiano del cobre 

La propiedad que destaca al cobre en el área de la salud es la antimicrobiana. Tiene la capacidad de matar a virus y bacterias. Tras varios estudios, se demostró que el cobre posee un gran potencial biocida capaz de eliminar a patógenos nosocomiales, bacterias contaminantes de la industria alimentaria y algunos virus.

Se ha demostrado que esta capacidad para inhibir virus y bacterias que posee el cobre puro se observa en un tiempo aproximado de 2 horas. Además, cuando el cobre se encuentra en aleaciones con otros metales, evita la propagación al destruir el ADN de los agentes microbianos.

Es importante destacar que el efecto bactericida de las superficies de cobre se relaciona directamente con la concentración de este, siendo el efecto máximo para el cobre metálico (99,9%) y se mantiene en aleaciones que contengan al menos 70% de cobre. 

Con el respaldo de la evidencia científica acumulada, la EPA registró al cobre como el primer y único metal con propiedades antibacterianas, autorizando la difusión de conceptos importantes, entre ellos que “las superficies de cobre eliminan 99,9% de los patógenos bacterianos después de 2 horas de exposición”, este registro autoriza el uso de superficies de cobre en ambientes hospitalarios.

¿Qué es el Staphylococcus aureus?

Conocido como estafilococo áureo o estafilococo dorado, es una bacteria anaerobia dacu, grampositiva, productora de coagulasa, catalasa, inmóvil y no esporulada e se encuentra ampliamente distribuida por todo el mundo, estimándose que 1 de cada 3 personas se hallan colonizadas, aunque no infectadas por ella.

Puede producir una amplia gama de enfermedades, que van desde infecciones cutáneas y de las mucosas relativamente benignas, tales como foliculitis, forunculosis o conjuntivitis, hasta enfermedades de riesgo vital, como abscesos profundos, osteomielitis, meningitis, sepsis, endocarditis o neumonía. Además, también puede afectar al aparato gastrointestinal, ya sea por presencia física de Staphylococcus aureus o por la ingesta de la enterotoxina estafilocócica secretada por la bacteria.

En la actualidad, este microorganismo se encuentra como el principal causante de las infecciones nosocomiales. Esta situación se ve favorecida por el hecho de que esta especie habita tanto en las mucosas como en la piel de los seres humanos, lo que permite que a través de las heridas quirúrgicas pueda penetrar en el torrente sanguíneo del paciente por medio del contacto directo o indirecto con el personal sanitario, con un objeto contaminado o incluso con otro paciente.

¿Cómo inhibe el cobre al Staphylococcus aureus?

Se cree que el proceso de muerte que proporciona el cobre metálico es a través de la liberación de iones, los cuales inician el proceso de eliminación de microorganismos, impidiendo así que el crecimiento de la bacteria progrese hasta ser eliminada, ya se imposibilita que la bacteria pueda absorber los nutrientes necesarios para sobrevivir y crecer.

Objetivo

Objetivo general

Comprobar que el cobre presenta un efecto inhibidor antibacteriano y que por lo tanto tiene potencial para ser utilizado en la mejora de tratamientos médicos contra infecciones por Staphylococcus aureus.

Objetivo particular

Aprovechar el efecto antimicrobiano del cobre para eliminar infecciones causadas por la bacteria Staphylococcus aureus. 

Justificación

Debido al problema de resistencia a antibióticos que presenta la bacteria Staphylococcus aureus para tratar infecciones provocadas por esta, se pretende en primer plano, realizar las pruebas y experimentaciones necesarias para comprobar el efecto antimicrobiano del cobre e identificar la mejor manera de utilizarlo, por lo que, una vez comprobado esto y teniendo resultados positivos, se busca lograr la elaboración de un gel a base de componentes como el sulfato y cloruro de cobre, que ambos presentan suficiente solubilidad y en su composición contienen grandes cantidades de cobre, por lo cual se espera que sean efectivos, comprobando así el efecto inhibidor de bacterias que presenta el cobre para así comenzar a promover su uso e implementación como ingrediente activo de algunos antibióticos, particularmente los que buscan inhibir la bacteria Staphylococcus aureus. 

Hipótesis

Al realizar la investigación y experimentación correspondiente para conocer y comprobar las propiedades antibacterianas del cobre, podrá aprovecharse dicha propiedad para que sea el cobre quien tenga la posibilidad de inhibir infecciones provocadas por Staphylococcus aureus al utilizarlo en la elaboración de antibióticos o tratamientos médicos. 

Método (materiales y procedimiento)

MATERIALES

• Sulfato de cobre
• Agua destilada 
• Cloruro de cobre
• Agar salado
• Staphylococcus aureus
• Incubadora
• Cajas petri
• Bacterias y hongos del ambiente

PROCEDIMIENTO

Etapa de investigación:

1. Recuperación de referencias bibliográficas científicas acerca del efecto antimicrobiano que tiene el cobre y si ha sido utilizado en la medicina actual.
2. Indagación para identificar cuáles son las bacterias y/o virus que puede eliminar el cobre, a partir de este paso se identificó a la bacteria Staphylococcus aureus como aquella que puede ser eliminada por el cobre.
3. Búsqueda de referentes bibliográficos acerca de dónde experimentación llevada a cabo para la eliminación de Staphylococcus aureus

Etapas procedimentales:

1. Se tomaron pruebas de lugares concurridos tales como el baño, la manija de la puerta del laboratorio, la alcantarilla y el barandal de la cafetería y se realizó el cultivo  en cajas petri con agar salado
2. Se llevó un seguimiento sobre el crecimiento de los hongos y bacterias que se encontraron en los cultivos.
3. Una vez que los cultivos crecieron, se inició con la experimentación en donde se hicieron 2 disoluciones de sulfato de cobre y cloruro de cobre con agua esterilizada, con un concentrado de 0.3% en 24ml. Se colocaron 3 gotas de esta disolución alrededor de los hongos y bacterias de los cultivos.
4. Se hizo una segunda disolución de sulfato de cobre y cloruro de cobre con agua esterilizada, con un concentrado de 0.6% en 24ml. Se colocaron entre 10 y 15 gotas de disolución alrededor de los hongos y bacterias de los cultivos.

Galería Método

Resultados

Después de 2 semanas de observación, las bacterias y hongos crecían de manera ralentizada y se observó que a los lados de los hongos y bacterias del cultivo se eliminoó una parte de estos, también se observó un cambio de color en el agar. Sin embargo, tras concluir la experimentación, el crecimiento de los hongos y bacterias en los cultivos aumentó de manera considerable, además de que se observaron nuevas bacterias. 

Galería Resultados

Discusión

Tras el proceso de experimentación se logró comprobar que el CuCO4 a partir de una concentración de 400 μg/ml presenta un efecto inhibitorio en Staphylococcus aureus, ya que se logró observar la disminución del crecimiento en los cultivos realizados.

Conclusiones

Se logró identificar que el cobre en solución de CUSO4 tiene un efecto antimicrobiano y de inhibición en el crecimiento de Staphylococcus aureus, y por lo tanto un uso potencial en su contención y tratamiento en terapia médica. De manera que, si se aprovechan estas propiedades del cobre, se pueden considerar como algo benéfico para la salud de las personas. 

Bibliografía

Romero Reyes, J. López Valladares, L. Olea Flores, C. (2016) “Efecto Biocida del Cobre Frente a Escherichia coli y Staphylococcus aureus”. UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS QUíMICAS Y FARMACÉUTICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS Y TECNOLOGÍA QUÍMICA, 1-70. https://repositorio.uchile.cl/bitstream/handle/2250/170431/Efecto-biocida-del-cobre-frente-a-escherichia-coli-y-staphylococcus-aureus.pdf?sequence=1

Prado, V. Vidal, R. Durán, C. (2012) “Aplicación de la capacidad bactericida del cobre en la práctica médica”.  Microbiología, Instituto de Ciencias Biomédicas, Facultad de Medicina, Universidad de Chile., 1325-1332.

https://www.researchgate.net/publication/262663612_Aplicacion_de_la_capacidad_bactericida_del_cobre_en_la_practica_medica?adlt=strict&toWww=1&redig=5B4AB79B7C434A9A9038F9F13812DC6E

Neciosup, E. Vergara, M. Pairazamán, O.  Apablaza, M. Esparza, M. (2015) “Cobre antimicrobiano contra patógenos intrahospitalarios en Perú”. Anales de la Facultad de Medicina. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1025-55832015000200002#:~:text=Tras%20varios%20estudios%2C%20se%20demostr%C3%B3,del%20cobre%20como%20material%20antimicrobiano.

Summary

Copper, being a transition metal, has the ability to donate or receive electrons easily, which is the source of many of its properties; this metal began to be used about 10,000 years ago when humans stopped using stones to make tools and started using metals that were available in nature, so they started using copper because it was a malleable, ductile and resistant metal. Later, the Egyptians used it as a plumbing system in the Egyptian pyramids.
In this project, an investigation is carried out on the function and capacity of copper to inhibit and eliminate bacteria by 99% in short periods of time. This effect is also reflected in copper alloys, as long as they contain 70% of this metal. Copper’s antimicrobial function is based on the attractiveness of its ions to some microorganisms, which perceive it as an essential nutrient; upon entering the cell, a lethal dose of ions interferes with cellular functions, preventing the cell’s enzymes from helping it to breathe, eat or create energy.
By experimenting to test copper’s ability to inhibit bacteria, we intend to develop a gel made from copper sulfate and chloride that is capable of eliminating Staphylococcus aureus bacteria, as well as some other bacteria found in the environment.

Research Question

Problem approach

The Staphylococcus aureus bacterium causes some infections that affect the skin and also presents resistance to several antibiotics. Therefore, it is important to analyze whether there are other alternatives to incorporate as an active ingredient in antibiotics or medical treatments, which provide the necessary effects to inhibit the spread of the strain of this bacterium and thus the infections it causes; so it is expected that copper is the metal that provides such effects, and if so, to incorporate it in a certain proportion from chemical compounds containing it, as part of the ingredients that make up a gel or treatment to treat infections caused by this bacterium.

Background

What is copper?
Chemical element, symbol Cu, atomic number 29; one of the transition metals and an important non-ferrous metal. Copper was one of the first metals used by humans. In the history of mankind, copper has been used for medicinal purposes; however, its functions and health benefits are not well known.

How was copper used in the past?
Since the beginning of mankind, copper was used as a main element of sterilization. Civilizations such as the Egyptians, Chinese and Aztecs knew about the properties of copper. In Egypt, it was used to disinfect water and make it drinkable, in ancient Tenochtitlan, it was used to heal pain, while in China, copper symbolized health itself.

Antimicrobial effect of copper
The property that makes copper stand out in the area of health is its antimicrobial properties. It has the ability to kill viruses and bacteria. After several studies, it was demonstrated that copper has a great biocidal potential capable of eliminating nosocomial pathogens, contaminating bacteria in the food industry and some viruses. It has been demonstrated that this ability to inhibit viruses and bacteria that pure copper possesses is observed in approximately 2 hours. In addition, when copper is in alloys with other metals, it prevents propagation by destroying the DNA of microbial agents. It is important to note that the bactericidal effect of copper surfaces is related to the bactericidal effect of other metals.

Objective

General Objective
To prove that copper has an antibacterial inhibitory effect and therefore has the potential to be used in the improvement of medical treatments against Staphylococcus aureus infections.

Particular objective
To take advantage of the antimicrobial effect of copper to eliminate infections caused by Staphylococcus aureus bacteria.

Justification

Due to the problem of antibiotic resistance presented by Staphylococcus aureus bacteria to treat infections caused by it, it is intended in the first place, to perform the necessary tests and experiments to verify the antimicrobial effect of copper and identify the best way to use it, so that, once this is proven and having positive results, it seeks to achieve the development of a gel based on components such as copper sulfate and copper chloride, both of which are sufficiently soluble and contain large amounts of copper in their composition, which is expected to be effective, thus proving the bacterial inhibitory effect of copper in order to begin to promote its use and implementation as an active ingredient in some antibiotics, particularly those that seek to inhibit the Staphylococcus aureus bacteria.

Hypothesis

By carrying out the corresponding research and experimentation to learn and prove the antibacterial properties of copper, it will be possible to take advantage of this property so that copper has the possibility of inhibiting infections caused by Staphylococcus aureus when used in the production of antibiotics or medical treatments.

Method (materials and procedure)

MATERIALS
Copper sulfate
Distilled water
Copper chloride
Salty agar
Staphylococcus aureus
Incubator
Petri dishes
Bacteria and fungi from the environment

PROCEDURAL STEPS

1. Tests were taken from crowded places such as the restroom, laboratory door handle, manhole and cafeteria railing and cultured in petri dishes with salt agar.
2. The growth of the fungi and bacteria found in the cultures was monitored.
3. Once the cultures were grown, the experimentation began with 2 solutions of copper sulfate and copper chloride with sterilized water, with a concentrate of 0.3% in 24 ml. Three drops of this solution were placed around the fungi and bacteria of the cultures.
4. A second solution of copper sulfate and copper chloride was made with sterilized water, with a concentrate of 0.6% in 24 ml. Between 10 and 15 drops of the solution were placed around the fungi and bacteria in the cultures.

Method Gallery

Results

After 2 weeks of observation, the growth of the bacteria and fungi slowed down and it was observed that some of the fungi and bacteria were eliminated from the sides of the culture, and a color change was also observed in the agar. However, after the end of the experimentation, the growth of fungi and bacteria in the cultures increased considerably, and new bacteria were also observed.

Results Gallery

Discussion

After the experimental process, it was possible to prove that CuCO4 at a concentration of 400 μg/ml has an inhibitory effect on Staphylococcus aureus, since it was possible to observe a decrease in growth in the cultures performed.

Conclusions

It was identified that copper in CUSO4 solution has an antimicrobial and inhibitory effect on the growth of Staphylococcus aureus, and therefore a potential use in its containment and treatment in medical therapy. So, if these properties of copper are taken advantage of, they can be considered beneficial to people’s health.

Bibliography

Romero Reyes, J. López Valladares, L. Olea Flores, C. (2016) “Biocidal effect of copper against Escherichia coli and Staphylococcus aureus”. UNIVERSITY OF CHILE FACULTY OF CHEMICAL SCIENCES AND PHARMACEUTICALS DEPARTMENT OF FOOD SCIENCE AND CHEMICAL TECHNOLOGY, 1-70.
https://repositorio.uchile.cl/bitstream/handle/2250/170431/Efecto-biocida-del-cobre-frente-a-escherichia-coli-y-staphylococcus-aureus.pdf?sequence=1

Prado, V. Vidal, R. Durán, C. (2012) “Application of the bactericidal capacity of copper in medical practice”.
of copper in medical practice.” Microbiology, Institute of Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, University of Chile, 1325-1332.
https://www.researchgate.net/publication/262663612_Aplicacion_de_la_capacidad_bactericida_del_cobre_en_la_practica_medica?adlt=strict&toWww=1&redig=5B4AB79B7C434A9A9038F9F13812DC6E

Neciosup, E. Vergara, M. Pairazamán, O. Apablaza, M. Esparza, M. (2015) “Antimicrobial copper against in-hospital pathogens in Peru”. Annals of the Faculty of Medicine. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1025-55832015000200002#:~:text=Tras%20varios%20varios%20estudios%2C%20se%20demostr%C3%B3,del%20cobre%20como%20material%20antimicrobiano.