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Un detector de arsénico seguro y sencillo
Investigadores de la Universidad de Edimburgo, en Escocia, han modificado genéticamente la bacteria E. coli para detectar trazas de arsénico en el agua potable. Esperan que la tecnología basada en bacterias eventualmente conduzca a kits de prueba de arsénico de campo seguros, precisos y fáciles de usar. Chris French, profesor de biotecnología microbiana en Edimburgo, dice que tales pruebas podrían ser tan fáciles de usar como las pruebas de embarazo caseras y no requerirían un técnico capacitado.
Un equipo de estudiantes de la Universidad de Edimburgo ha modificado genéticamente bacterias para detectar arsénico en el agua. En combinación con una gota de indicador de pH (extremo derecho), las muestras se vuelven rojas (centro) en presencia de arsénico y amarillas en su ausencia.
La intoxicación por arsénico afecta a millones de personas en todo el mundo. Uno de los países más afectados es Bangladesh, donde hasta 35 millones de personas obtienen su agua potable de pozos contaminados con arsénico, según la Organización Mundial de la Salud. En los últimos años ha habido un esfuerzo concertado para mapear la distribución de arsénico y señalar los pozos contaminados. En algunos casos, científicos y trabajadores humanitarios han enviado muestras de agua para analizarlas en laboratorios utilizando técnicas de fluorescencia, un proceso costoso y que requiere mucho tiempo. En otros casos, han utilizado kits de prueba portátiles. La mayoría de estas pruebas de campo, sin embargo, requieren capacitación para operar y producir químicos tóxicos, como gas arsina.
Definitivamente hay algunos inconvenientes de los kits de campo existentes, y uno es la eliminación de sustancias tóxicas, dice Gregory Miller, un geoquímico de arsénico en Subsurface Technologies, una compañía de remediación ambiental en Socorro, Nuevo México. Un detector ideal debe tener un límite de detección bajo, alta precisión y ningún flujo de desperdicio involucrado con él.
El detector de arsénico desarrollado en Edimburgo es uno de los primeros ejemplos prácticos de un dispositivo construido utilizando los principios de la biología sintética. El objetivo de la biología sintética es, en primer lugar, identificar la función precisa de determinadas secuencias de ADN o partes genéticas. Algunas partes pueden controlar ciertas proteínas. Otros pueden actuar como interruptores de procesos celulares. Luego, los investigadores mezclan y combinan para ver cómo las diferentes partes encajan para formar nuevos circuitos genéticos, creando nuevas funciones biológicas dentro de los organismos vivos, como las bacterias.
Drew Endy, profesor asistente de ingeniería biológica en el MIT, compara la biología sintética con la construcción con Lego. Ha ayudado a armar un registro de partes genéticas estándar como un recurso para que los científicos puedan tomar prestado, desarrollar y agregar. Endy también es cofundador de iGEM, el concurso anual internacional de máquinas de ingeniería genética, en el que el biosensor de arsénico a base de bacterias de Edimburgo ganó el premio a la mejor aplicación del mundo real en 2006.
El grupo de Edimburgo descubrió que la bacteria E. coli posee dos secuencias genéticas aparentemente no relacionadas que, en combinación, forman un dispositivo eficaz de detección de arsénico. Primero, E. coli posee un sistema de desintoxicación de arsénico natural que se enciende solo en presencia de arsénico. La bacteria también degrada naturalmente la lactosa para producir ácido. Los investigadores aislaron el gen del interruptor de arsénico y lo adjuntaron al primer gen involucrado en la descomposición de la lactosa.
Ellos plantearon la hipótesis de que cuando el arsénico entra en contacto con este E. coli , activará el interruptor de arsénico, cuyo gen a su vez activará la descomposición del ácido láctico. French dice que una simple prueba de tornasol de color puede detectar el cambio resultante en los niveles de pH, lo que también indica la presencia de arsénico. Funciona en condiciones de laboratorio, pero no lo hemos probado con muestras de agua reales, dice.
Hasta ahora, el equipo ha trabajado con soluciones controladas en laboratorio relativamente limpias de agua y arsénico inorgánico mezcladas con E. coli y un indicador de pH en un tubo de vidrio sellado. Después de un tiempo, el agua se vuelve roja o amarilla, dependiendo de la presencia o ausencia de arsénico. Un posible inconveniente es el tiempo de espera de la prueba: las interacciones biológicas tardan unas cinco horas en completarse.
En última instancia, el grupo espera diseñar un kit simple y barato de polvo (bacterias liofilizadas e indicador de pH) en un tubo de plástico desechable con tapa de rosca. En un futuro próximo, el grupo de French puede probar su diseño en muestras de agua reales de Bangladesh que contengan otros materiales biológicos y químicos. Por ahora, los investigadores han agregado su dispositivo al registro de bioladrillos de Endy para otros científicos que deseen construir un mejor biosensor de arsénico.