Luz azul, luz roja

Es una presunción de tipo monstruo de Frankenstein, pero el biólogo Todd H. Rider '91, SM '91, SM '94, PhD '95, nunca ha rehuido la idea de que podría ser un científico loco. De hecho, lo acepta. Sus modelos a seguir han sido los científicos de pelo salvaje de las películas, los que tienen aspiraciones renegadas y una renuencia a pararse en la ceremonia metodológica. Incluso toma prestadas sus líneas. Antes de un experimento que requería que accionara un interruptor, gritó: ¡Dale vida a mi creación!

Creo que asusté a mucha gente, dice ahora.

El nativo de Arkansas de 35 años se especializa en cazar algo que muchas personas encuentran más aterrador que el monstruo de Frankenstein: gérmenes y virus mortales.

Rider y su equipo del Laboratorio Lincoln recibieron atención nacional en julio por su trabajo en un nuevo sistema para detectar patógenos potencialmente mortales, como el ántrax o la enfermedad del legionario, que durante mucho tiempo han sido temidos por derecho propio pero que se han vuelto aún más aterradores por su posible existencia. uso en armas biológicas. Conocido como análisis celular y notificación de riesgos y rendimientos de antígenos, o Canary para abreviar, el detector desarrollado por Rider utiliza glóbulos blancos, la primera línea de defensa del cuerpo contra enfermedades, para analizar sustancias en busca de la presencia de ciertos patógenos.

A diferencia de los sistemas de detección actuales que utilizan reacciones de amplificación de ADN que pueden tardar una hora o más, la técnica de Rider proporciona información en segundos. Con el público al que le molesta la amenaza de la guerra biológica y el bioterrorismo, y las ciudades en cuarentena debido a virus de rápida propagación como el SARS, el potencial del detector para proporcionar lecturas en el lugar podría conducir a una variedad de usos de primera respuesta, a partir de la lectura. moco suministrado por un visitante de la sala de emergencias misteriosamente enfermo para probar un polvo blanco poco después de que sale volando de un sobre. Rider también cree que el detector se puede adaptar para extraer partículas del aire y determinar si se han lanzado armas biológicas en el campo de batalla.

Ajustar una reacción natural

La naturaleza, dice Rider, ya demuestra que los glóbulos blancos detectan patógenos. Cuando los anticuerpos de una célula de este tipo se unen a un virus o bacteria, desencadenan una señal de calcio. Eso hace que la célula se ponga en pie de guerra y combata a los invasores. Rider creía que si podía encontrar una forma sencilla de detectar la señal de calcio, podría desarrollar un sensor de patógenos.

Es inteligente, dice el Dr. David Relman, profesor de la Universidad de Stanford que estudia la detección de patógenos. Me encanta la idea de adoptar un sistema biológico que ya está programado para una respuesta rápida.

Pero cuando Rider comenzó a trabajar en la idea, poco después de llegar al Lincoln Lab en 1997, la gente no fue tan receptiva. Mucha gente en Lincoln Lab no se lo había tomado muy en serio, dice. Además de eso, Lincoln Lab no tenía laboratorio de biología. Así que el joven científico (28 en ese momento, con solo un año en el mundo real después de nueve años en el MIT) se vio obligado a buscar espacio en el campus hasta que pudiera diseñar un glóbulo blanco que revelara la reacción del calcio.

Rider encontró ese espacio en el laboratorio del profesor de biología Jianzhu Chen. Chen, que investiga inmunología, también ayudó a Rider a obtener fondos iniciales de la multitud de capa y espada que ha financiado gran parte del desarrollo de Canary. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA), una fuente de financiamiento para proyectos científicos afiliada a las fuerzas armadas de EE. UU., Estaba interesada en la detección de patógenos, y el equipo de Rider fue a Washington para hacer lo que finalmente fue una presentación exitosa.

Con los recursos adecuados detrás de él, Rider podría comenzar a investigar una proteína que durante mucho tiempo había considerado prometedora: la aequorina, que se deriva de la medusa brillante. Igual victoria y tiene una capacidad bien documentada para producir luz en respuesta al calcio. Rider usó electricidad para hacer agujeros en los glóbulos blancos que habían sido extraídos de un ratón, luego infundió esas células con las instrucciones genéticas de la medusa para la fabricación de aequorin. La teoría era que cuando los anticuerpos de la superficie de las células se fijaban en sus patógenos, desencadenaban una señal de calcio, que activaba la aecuorina y hacía que las células brillaran en azul. Esa luz azul, aunque no es visible a simple vista, podría medirse con un luminómetro, que enviaría los resultados a una computadora, que generaría una lectura.

A mediados de 1998, Rider había programado las células para que emitieran luz en respuesta a la fosforilcolina-ovoalbúmina, un sustituto químico seguro de virus y bacterias. Pero el principio era el mismo, y este éxito inicial le dio al concepto la credibilidad que Rider necesitaba para continuar.

Luego, él y su equipo regresaron al laboratorio Lincoln y comenzaron a comprar anticuerpos patógenos, aprovechando la variedad de bacterias y virus que causan enfermedades estudiadas en otros laboratorios. Después de mucho ensayo y error, la bióloga Martha Petrovick desarrolló una nueva versión de una herramienta de ingeniería genética conocida como vector de ADN que permitió a Rider y su equipo producir glóbulos blancos con anticuerpos en sus superficies que respondían a patógenos específicos. Estos incluían ántrax, peste bubónica, la cepa patógena de E. coli , la clamidia, la viruela y media docena de otros virus y bacterias temían por sus efectos potencialmente negativos sobre la salud pública o su uso en armas bioterroristas.

Pero el equipo aún enfrentó un problema crucial: los glóbulos blancos y los patógenos tuvieron problemas para ubicarse entre sí durante las pruebas. La reacción estaba tardando demasiado y la señal del luminómetro era demasiado baja. Tuvimos que idear alguna forma de hacer que la reacción fuera más rápida y más aparente, dice James Harper, PhD ‘98, el miembro del personal de Lincoln Lab que dirigió la ingeniería de hardware para Canary.

La solución fue usar una centrífuga para hacer girar el material celular de una muestra hacia el fondo de su recipiente, agregar los glóbulos blancos y girarlos sobre la muestra, forzando a los dos a entrar en estrecho contacto entre sí. Lo que había tomado minutos ahora tomó segundos.

En muchos de estos sistemas, la limitación es el transporte masivo ', dice Duane Lindner '72, subdirector de programas de química y biología en Sandia National Laboratories en Livermore, CA, que está desarrollando sus propios sistemas de detección de patógenos. Se necesita mucho tiempo para que estas grandes cosas se superpongan. Su trabajo ha puesto de relieve lo rápido que pueden ser los sistemas.

Rápido y simple ¿Quizás?

Es esa velocidad la que tiene tanto a las empresas militares como a las privadas interesadas en el potencial del nuevo detector. Incluso antes de los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001, los militares estaban interesados ​​en algo que pudiera analizar el aire en busca de armas biológicas. Las agencias de salud pública también estaban ansiosas por algo que pudiera verificar rápidamente un envío de alimentos en busca de E. coli. Las preocupaciones recientes sobre los polvos blancos misteriosos, posiblemente cargados de ántrax, enviados a través del correo de los EE. UU. Y el miedo a los virus de rápida propagación, como el SARS, han hecho que los servicios de emergencia y los médicos estén tan interesados ​​en la detección de patógenos como los militares.

La tecnología utilizada en Canary ya está cerca de ser adaptable a muchos de esos usos, dicen sus desarrolladores, quienes creen que el prototipo actual de centrífuga, luminómetro y computadora podría incluirse en un kit de prueba de campo del tamaño de una maleta. a un costo de hardware de entre $ 7,000 y $ 10,000.

Lo estamos diseñando intencionalmente para que sea muy fácil de usar, dice Rider. Algunos de los sistemas actuales utilizan bastante formación. Queremos que sea utilizable por soldados del ejército, personal médico, personal de emergencia. Simplemente agregará la muestra a la celda y verá si brilla.

Rider también está desarrollando lo que él llama juguetonamente un buceador gigante para succionar partículas del aire en lugares sensibles y probarlas. Las células detectoras utilizadas en el dispositivo ahora pueden sobrevivir hasta dos semanas antes de que sea necesario cambiarlas. Aunque Rider llama a las células sorprendentemente resistentes, otros dicen que no son lo suficientemente resistentes, particularmente para un objetivo importante de defensa civil, un sistema que recolectará muestras del aire de manera autónoma y las analizará para detectar patógenos.

Otros creen que su proceso es superado por la competencia. Las tecnologías de detección basadas en ADN, aunque no son tan rápidas como Canary, eventualmente podrán probar una amplia gama de patógenos simultáneamente, e incluso revelar las características genéticas de aquellos organismos que no se pueden identificar fácilmente. Canary se centra demasiado en organismos específicos, dice Calvin Chue, investigador del Centro de Estrategias de Biodefensa Civil en Johns Hopkins. Si le di un patógeno desconocido, tendría que ejecutar todas sus pruebas rápidas específicas. Dado que esto podría abarcar una docena o más de ejecuciones, el análisis ya no es tan rápido. Incluso al finalizar tu carrera, es posible que todavía tengas algo desconocido en tus manos y no puedes asumir que sea benigno.

Sin embargo, Rider espera que en el futuro Canary sea capaz de hacer cualquier tipo de análisis que puedan hacer las tecnologías basadas en ADN de la competencia. Mientras tanto, Harper, por su parte, cree que los beneficios de poder realizar una lectura rápida son evidentes.

El ADN es bueno para buscar la aguja en el pajar cuando no sabes qué es la aguja, dice Harper. Pero en términos de sensibilidad y velocidad, no parece que haya nada que pueda igualar a Canary. Tiene el potencial de, al lado de la cama, determinar si alguien tiene una infección bacteriana o viral, incluso antes de que se levante para irse [a] el hospital. No es bueno para ver lo que sucede en mil genes diferentes, pero es bueno para darte la respuesta más rápida y sensible.

De hecho, si bien gran parte de la motivación inicial de DARPA para financiar el proyecto provino de su interés en utilizar las propiedades reactivas de diferentes células para determinar las características de patógenos desconocidos, en lugar de analizar muestras para aquellos que ya se conocen, la agencia sigue complacida con la tecnología. . DARPA es uno de esos lugares en los que no está limitado por un tema, dice Alan Rudolph, el científico que supervisa el proyecto para la agencia.

Eso es bueno para Rider, que ha tenido dificultades para permanecer confinado a un solo tema en entornos académicos o de investigación. Su trabajo de doctorado, de hecho, involucró reactores de fusión, pero migró a través de varios menores, incluida la biomedicina, mientras lo completaba. Se volvió hacia la microbiología después de que su tesis demostrara problemas con varios reactores de fusión, lo que lo hacía, admite, un poco impopular en el negocio de los reactores.

Disgusté a algunas personas, así que decidí pasar a un campo diferente, dice Rider. Tuve la suerte de tener un título en biomedicina.

El Dr. Frankenstein podría estar de acuerdo.

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