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Un equipo internacional de investigadores chinos ha desarrollado un sistema fotocatalítico basado en cristales de dióxido de titanio (TiO₂) capaz de activar el oxígeno presente de forma natural en el agua para degradar moléculas relacionadas con el ADN bacteriano.
El avance, publicado en Chem Catalysis, plantea una nueva estrategia para abordar uno de los problemas que pueden persistir después de los procesos convencionales de desinfección: la presencia de material genético libre que puede contribuir a la propagación de genes de resistencia a los antibióticos.
La investigación parte de una limitación conocida de algunos sistemas de tratamiento de agua. Procesos como la desinfección mediante radiación ultravioleta pueden resultar eficaces para inactivar microorganismos, pero el ADN que queda en el agua no necesariamente desaparece. Este material genético extracelular puede ser incorporado posteriormente por otros microorganismos mediante procesos de transferencia horizontal de genes, lo que constituye una vía potencial para la diseminación de resistencias antimicrobianas.
Ante este problema, los investigadores han planteado una estrategia que no se limita a eliminar las bacterias, sino que busca degradar también el material genético residual presente en el agua. La tecnología utiliza cristales de dióxido de titanio cuya superficie ha sido modificada mediante una ingeniería específica para introducir pequeños defectos estructurales conocidos como vacantes de oxígeno.
La clave del sistema se encuentra precisamente en estas vacantes. Cuando los cristales reciben radiación luminosa, los defectos de la superficie favorecen la interacción con las moléculas de oxígeno presentes en el agua y permiten transformar el oxígeno molecular convencional, conocido como oxígeno triplete, en oxígeno singlete.
Esta especie presenta una reactividad química considerablemente superior y puede reaccionar con moléculas ricas en electrones. Entre ellas se encuentran las bases nitrogenadas que forman parte del ADN. El proceso provoca su oxidación y la degradación de las estructuras moleculares asociadas al material genético.
“Los defectos en los catalizadores no deben considerarse simplemente como imperfecciones en la estructura de un material. Cuando se diseñan adecuadamente, los defectos pueden regular activamente cómo interactúan las moléculas con las superficies catalíticas y determinar las vías a través de las cuales proceden las reacciones químicas”, explica Zhi Song, coautor del estudio e investigador de la North Minzu University.
De esta manera, la investigación demuestra el potencial de utilizar la ingeniería de superficies de los materiales catalíticos para controlar las rutas de reacción y generar especies oxidantes a partir de recursos ya presentes en el propio medio acuoso.
Los investigadores comprobaron experimentalmente el comportamiento de los catalizadores introduciendo en agua moléculas relacionadas con el ADN y sometiéndolas al sistema fotocatalítico. En estas pruebas, los cristales consiguieron degradar completamente las moléculas utilizadas como modelos de ADN, demostrando que el oxígeno singlete generado mediante la activación catalítica puede atacar eficazmente estas estructuras.
El mecanismo resulta especialmente interesante porque permite abordar una etapa que puede quedar fuera del objetivo de determinados tratamientos convencionales: la eliminación de la información genética residual después de la inactivación de los microorganismos.
“A diferencia de los enfoques de desinfección convencionales que pueden requerir la adición continua de oxidantes químicos, este sistema utiliza oxígeno disponible de manera natural en el entorno para desinfectar el agua”, señala Xinjian Shi, investigador de la Henan University y coautor del trabajo.
El planteamiento podría reducir la dependencia de la incorporación continua de determinados agentes oxidantes al proceso, aunque los investigadores todavía deben determinar cómo se comporta el sistema en condiciones reales y con matrices de agua de composición más compleja.
La relevancia del desarrollo está relacionada con la creciente preocupación por la resistencia a los antibióticos y por las diferentes vías ambientales mediante las que pueden propagarse los genes responsables de estas resistencias.
En este contexto, el agua puede actuar como medio de transporte de bacterias resistentes y de material genético. La eliminación de las bacterias, por tanto, no implica necesariamente la desaparición de todo el material genético susceptible de ser aprovechado posteriormente por otros microorganismos.
“La persistencia de este material genético es una preocupación porque el ADN ambiental puede ser tomado por otros microorganismos, lo que potencialmente conduce a la propagación de la resistencia a los antibióticos”, señala Boxia Liu, coautora de la investigación.
El nuevo sistema plantea así una estrategia complementaria a la desinfección convencional: actuar simultáneamente sobre los microorganismos y sobre el material genético que permanece en el agua.
Pese a los resultados obtenidos, los autores subrayan que la tecnología se encuentra todavía en una fase inicial. Las pruebas realizadas demuestran la capacidad del sistema para degradar moléculas relacionadas con el ADN en condiciones experimentales, pero todavía será necesario evaluar su comportamiento en aguas reales, con diferentes contaminantes y composiciones químicas, así como determinar la estabilidad y recuperación de los materiales catalíticos.
Otro aspecto fundamental será analizar la seguridad ambiental y para la salud humana antes de plantear una utilización a gran escala. También será necesario estudiar la eficiencia del proceso en grandes volúmenes de agua y bajo condiciones de operación compatibles con las actuales infraestructuras de tratamiento.
Por tanto, aunque los resultados abren una vía de investigación para combatir la propagación ambiental de genes de resistencia, todavía no puede considerarse una tecnología lista para su implantación en redes de abastecimiento o plantas convencionales de tratamiento de agua. Los siguientes pasos deberán determinar si las prestaciones observadas en laboratorio pueden mantenerse en condiciones reales.
El estudio, titulado Direct Non-Radical Oxygen Activation on Facet-Engineered Oxide Surfaces for Selective Photocatalytic Oxidation, ha sido publicado el 30 de septiembre de 2026 en Chem Catalysis y está identificado con el DOI 10.1016/j.checat.2026.101873.
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