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Nariz artificial a base de ADN
Los científicos han encontrado una manera de identificar rápidamente qué secuencias de ADN son ideales para detectar un olor en particular y convertir el ADN seco en detectores de olores. Si bien muchos investigadores están trabajando en una nariz electrónica para detectar toxinas y explosivos, esta nueva plataforma podría usarse para crear una amplia gama de sensores utilizando equipos de biología molecular de alto rendimiento existentes.
Sniffer inteligente: La nariz electrónica de Cogniscent (arriba) ahora usa sensores hechos de secuencias cortas de ADN monocatenario que pueden detectar químicos tóxicos y explosivos en el aire.
Ahora lo que podemos hacer es tomar un microarreglo de 20.000 sensores ... y seleccionar aquellos sensores que respondan mejor a los olores de interés, dice el investigador principal Joel White de Cogniscente , una empresa con sede en North Grafton, MA, que fabrica dispositivos de detección de olores.
En comparación con las tecnologías de sensores artificiales desarrolladas para la visión y el oído, nuestra capacidad para imitar los sentidos químicos, el olfato y el gusto, es relativamente primitiva. Para detectar materiales explosivos como el TNT, los científicos suelen diseñar polímeros altamente específicos que emiten fluorescencia cuando entran en contacto con sus compuestos objetivo. Pero construir una plataforma de nariz electrónica más generalizada que pudiera detectar una gama más amplia de productos químicos no ha sido posible.
Durante la última década, White y neurocientífico John Kauer de la Universidad de Tufts han estado trabajando para mejorar su nariz electrónica patentada, un dispositivo de mano que contiene una serie de 16 tipos de sensores hechos de polímeros sintéticos. Estos polímeros tienen reactividad cruzada, por lo que varios tipos de sensores pueden cambiar de forma en respuesta a un solo olor, un diseño análogo al de la nariz humana. Los polímeros se tiñen con un marcador fluorescente y sus patrones de activación se pueden monitorear mediante sensores electrónicos ópticos y analizar con un microprocesador integrado. Pero después de 10 años de arduo trabajo, la pareja solo había podido incorporar unos 50 polímeros sintéticos, mucho menos que los 1.000 sensores estimados en una nariz humana, que pueden responder a unos 10.000 olores diferentes.
Hace varios años, el dúo decidió probar el ADN, un polímero natural omnipresente en los laboratorios biológicos donde los científicos pasan la mayor parte de su tiempo. Cuando empezamos a hablar de ello con la gente, nadie imaginaba que el ADN marcado con colorante secado sobre un sustrato respondería a los olores, dice White.
Los científicos comenzaron sus experimentos al azar: recolectando trozos cortos de ADN monocatenario y bicatenario de laboratorios vecinos en Tufts y observando sus respuestas a varios compuestos estándar. Sus primeros experimentos con ADN de doble hebra marcado con colorante les dio una pista de que el enfoque podría funcionar, pero todas las secuencias que probaron respondieron a los olores de la misma manera.
El ADN monocatenario, por otro lado, proporcionó respuestas repetibles a los olores, y esta respuesta dependió de la secuencia específica de cuatro tipos de nucleótidos que componen el código genético. Con una secuencia típica de unos 20 nucleótidos de longitud, el equipo tiene el potencial de crear millones de tipos de sensores. En el número actual de Biología PLoS , los investigadores describen la respuesta de solo 30 secuencias, pero White dice que ahora han identificado cientos de secuencias de ADN útiles, incluida una que responde a la firma de vapor de las minas terrestres que contienen TNT, un hallazgo inusual que indica la versatilidad de la técnica.
Alan Gelperin en Filadelfia Centro de Sentidos Químicos de Monell aclama el descubrimiento como un paso importante. Todo el campo se ha visto obstaculizado por la falta de tecnología de sensores diversa, dice. Esta es la primera demostración de que el [ADN] podría usarse de esta manera. Desde que aprendió por primera vez el enfoque durante una conferencia, Gelperin ha colaborado con el físico de la Universidad de Pensilvania Charlie johnson para llevar el concepto un paso más allá incorporando una lectura electrónica hecha con transistores de nanotubos de carbono.
Por ahora, White dice que su equipo ha incorporado sus sensores de ADN junto con los polímeros sintéticos en proyectos específicos, incluido un dispositivo para detectar gas amoniaco, que sería útil para advertir a los socorristas sobre derrames tóxicos o para monitorear la contaminación de las operaciones ganaderas. Dice que incluso hay interés entre los viticultores en desarrollar un dispositivo que pueda ayudar a detectar vinos falsificados. Esto fue una novedad para mí, dice White, riendo.