Biosensores electroquímicos desarrollados en la UAM-A, útiles para la detección de la bacteria Escherichia coli


  • En un futuro podrían usarse para detectar cáncer en etapa temprana

  • También auxilian en la determinación de contaminantes en suelos y agua: doctora Marisol Espinoza Castañeda

POR JUAN MANUEL TIRADO JUÁREZ

Especialistas del Laboratorio de Microbiología Ambiental del Departamento de Ciencias Básicas, de la División de CBI de la UAM Azcapotzalco, desde hace algún tiempo han trabajado en experimentos relevantes, como lo es el desarrollo y construcción de biosensores (instrumentos para la medición de parámetros biológicos o químicos) electroquímicos, dirigidos a contrarrestar los efectos nocivos que pueden ocasionar diversos tipos de bacterias, como la Escherichia coli —más conocida como E. coli—, la especie bacteriana más común en la flora intestinal; ya hay descritos seis grupos de ella que llegan a causar diarreas hemorrágicas, y éstas, eventualmente, daños renales e inclusive la muerte, siendo la población infantil la más vulnerable.

Desde su estancia en el posgrado —realizado en la Universidad Autónoma de Barcelona en colaboración con el Nanobiosensors and Bioelectronics Group, perteneciente al Institut Català de Nanociència y Nanotecnología—, la doctora Marisol Espinoza Castañeda se interesó en diversos temas relacionados con la nanotecnología y la biotecnología. Conforme avanzó en sus estudios de maestría en nanotecnología y doctorado en biotecnología, centró su atención en los biosensores electroquímicos (con grandes potenciales de desarrollo en diversas ramas del conocimiento), con especial énfasis en cuestiones relacionadas con la salud humana.

A su regreso a México, la ingeniera química egresada de nuestra Unidad, concursó por un puesto curricular en esta sede académica y, desde entonces, se sumó al grupo de Microbiología Ambiental, perteneciente al Área de Química, en donde ha dirigido sus esfuerzos para desarrollar nuevas técnicas y procedimientos de detección temprana de bacterias patógenas en agua, aportar nuevas metodologías para la descontaminación de ese vital líquido, y remover hidrocarburos del suelo usando hongos. La especialista explica que en la actualidad está en la fase final de un trabajo que presentó al Programa para el Desarrollo Profesional Docente (Prodep), de la Secretaría de Educación Pública, el cual fue aprobado.

Con el apoyo de Prodep y con el de una alumna becaria, implementó una nueva metodología para detectar y cuantificar de forma temprana la bacteria E. coli O157:H7, que se presenta en agua y en verduras como la espinaca, la lechuga y el repollo, entre otras, e incluso en la carne animal para consumo humano. Para este proceso, usualmente se emplean sensores con electrodos robustos que requieren una escala volumétrica alta, pero junto con su equipo logró desarrollar sensores más pequeños y de un solo uso, con los que han detectado concentraciones muy bajas de la bacteria; la intención es ir disminuyendo el límite de detección a fin de tomar a tiempo las medidas necesarias para eliminarla del agua y reducir el riesgo de contagio bacteriano.

La siguiente etapa, adelantó, es desarrollar metodologías novedosas, como el uso de nanopartículas de plata para atacar a los patógenos presentes en el agua, mejorando los filtros que ya se emplean para la purificación del líquido.

Los nanomateriales se usan desde hace tiempo, explica, pues se ha comprobado que a nivel nanométrico aumentan las propiedades químicas y físicas de materiales como la plata, el oro y el dióxido de titanio, por citar algunos. Suena increíble pero así es: algo tan pequeño es más eficiente que lo más grande. Además, prosigue, recientemente se han desarrollado técnicas de química verde —que reducen la contaminación ambiental— para la obtención de estos nanomateriales.

Bacteria Escherichia coli
Ilustración: Joel Millán Rosas

En este tenor, Espinoza Castañeda subraya una innovación que desarrolla en sus investigaciones. Para trabajar con nanopartículas de oro o plata se emplean reactivos químicos que significan un fuerte desembolso de recursos, además de la polución resultante. Ante esa situación, en la UAM Azcapotzalco han optado por utilizar algunos subproductos, como cáscaras de naranja de desecho (sólo de dos piezas de esa fruta cada quince días) que se hierven y tratan para usarlas como reactivos que reducen la plata y así formar las nanopartículas. Los resultados son los mismos, pero se ahorran recursos y se reducen contaminantes. Aclara que las pruebas apenas empiezan y en breve verán los resultados; se muestra optimista de que éstos serán positivos.

En el Laboratorio de Microbiología Ambiental —ubicado en el edificio W— se han dado a la tarea de elaborar sus propios electrodos (incluidos en el biosensor), que también se podrían emplear en la detección de antígenos asociados a enfermedades (este es un nuevo reto que en su momento tomará). Dichos electrodos son más pequeños y eficientes que los comprados en el mercado especializado, usan menos volúmenes de muestra, generan menos desechos y son mucho más económicos. “Es la primera vez que en la UAM-A se fabrica este sistema de electrodos serigrafiados de carbono”. El proyecto es original: sólo se compraron las tintas y los sustratos; mediante serigrafía se imprimieron los electrodos de acuerdo a nuestro diseño. Cabe resaltar que el grupo de trabajo también construye los conectores. Los sustratos contienen un sistema de tres electrodos, a los que se les aplica una corriente eléctrica, y mediante un transductor (dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida), se encargan de hacer las mediciones de la cantidad de bacterias presentes en un líquido, previamente marcadas con nanomateriales para su determinación cualitativa y cuantitativa.

Durante su estancia en el posgrado, informa, trabajó con electrodos modificados con nanopartículas de oro —muy sofisticados y onerosos— para detectar un tipo de cáncer en etapas tempranas en niños: en un día se hacía el estudio y se daban los resultados. Los realizados en la UAM-A son confiables, por lo que para el próximo año la intención es dirigirlos hacia lo celular “para detectar y cuantificar antígenos (sustancia que desencadena la formación de anticuerpos) asociados a una cierta enfermedad, con técnicas que compitan con las desarrolladas por los laboratorios comerciales y que sean más eficientes”. Así, se podría auxiliar en el descubrimiento de padecimientos en etapas tempranas, como el cáncer de seno, cáncer infantil, el Alzheimer o el Parkinson. A manera de ejemplo, dice que serían como los actuales glucómetros, esas tiras reactivas empleadas para medir el nivel de azúcar en la sangre. La intención apunta a crear los biosensores más pequeños y, con una muestra mínima, realizar una especie de diagnóstico rápido: “Lo ideal sería que para cada enfermedad hubiera una técnica igual de eficiente”. Esa perspectiva podría ser de gran ayuda en nuestro país, en donde los accesos a los servicios de salud muestran rezagos.

Con los biosensores asimismo se podría revisar la contaminación del agua —sobre todo en las comunidades rurales— con resultados confiables y expeditos, y si ésta registra contaminación, se procedería a limpiarla a través de filtros modificados con nanomateriales. Hace poco, informa, dos estudiantes diseñaron el prototipo de un filtro y ahora esperan optimizar los resultados con la intención de que en el corto plazo se pueda contribuir a resolver el problema aludido.

El combate de las enfermedades a través de los nanomateriales está a la espera de que se hagan más pruebas, a que se normalice y se regularice su uso: “Es una ruta que tiene muchas vetas por explorar”. En la UAM-A, por el momento no se cuenta con la infraestructura necesaria; no obstante, no hay que descartar el trabajo cooperativo e interdisciplinario, tanto interno como a nivel nacional e internacional, subraya.

La investigadora resalta que siempre se trata de innovar, para lo cual son muy importantes las aportaciones que hacen los alumnos —tanto los de licenciatura como los de posgrado—. Para lograrlas se les dan pautas en las indagaciones, se les proporcionan técnicas novedosas, se les incentiva para que se actualicen constantemente, que lean artículos de “alto impacto”; todo eso les sirve también para su desempeño profesional.

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Acerca de alephUAM_A

Sección de Información y Divulgación, UAM Acapotzalco
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