El doctor Luis Ramiro Caso Vargas, investigador de la Facultad de Ciencias Biológicas de la BUAP, genera biosensores de tipo óptico para detectar bacterias patógenas (Pseudomonas aeruginosa), con aplicación en entornos hospitalarios; así como de Brucella spp. que ocasiona brucelosis por el consumo de alimentos contaminados, principalmente lácteos. Así también, biosensores para identificar aminas biógenas que puede desencadenar intoxicaciones alimentarias.
Pseudomonas aeruginosa es una bacteria presente en nosocomios (mobiliario, instrumentos quirúrgicos, catéteres y hasta en desinfectantes) capaz de causar infecciones severas en huéspedes inmunodeprimidos. Además, su resistencia a los antibióticos y su amplia gama de defensas la convierten en un organismo extremadamente difícil de erradicar. Para identificarla, Caso Vargas diseñó un biosensor con obleas de dióxido de silicio de 1cm2 -usado en la fabricación de microprocesadores de computadoras-, a cuya superficie cambió su estructura molecular por métodos químicos. Así obtuvo un dispositivo con actividad biológica que inmoviliza y exhibe las biomoléculas que funcionan como biorreceptores, en este caso anticuerpos.
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Ello es posible porque se utilizan compuestos químicos que se “pegan” firmemente a la superficie del dióxido de silicio mediante un proceso en fase gaseosa. Gracias a esto, se forma una primera capa que modifica las propiedades de la superficie original. Después se agrega una segunda capa hecha de moléculas especiales llamadas crosslinkers, que actúan como puentes entre esa base y las biomoléculas que se quieren inmovilizar. Sobre esta segunda capa se fija una proteína llamada estreptavidina con capacidad de unirse a los anticuerpos preparados con biotina, los cuales reconocen la bacteria que se quiere detectar.
Para verificar el ensamblado de los biosensores se usan técnicas avanzadas como la espectroscopía de infrarrojo por transformadas de Fourier (FT-IR), que proporciona información respecto de los enlaces químicos formados durante el ensamblaje entre las diferentes moléculas utilizadas; además, Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y microscopía de fluorescencia para observar la cantidad de bacterias presentes en el sensor. En esta investigación colabora la doctora Norma Elena Rojas Ruiz, del ICUAP, quien entre otras líneas se dedica al aislamiento de microorganismos a partir de ambientes diversos.
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Luis Ramiro Caso Vargas, doctor en Biotecnología por el IPN, comentó que otra vertiente para la detección de Pseudomonas aeruginosa es un biosensor construido con nanopartículas de oro.
“Este sistema es mucho más pequeño, incluso que la bacteria. En lugar de silicio, los biosensores están basados en nanoesferas de oro fluorescentes a las que igualmente se les adhiere un anticuerpo para atrapar al microorganismo en cuestión. Como los misiles teledirigidos, van directamente a las bacterias”, detalló.
Las nanoesferas no están fijas en una superficie, sino en una solución que permitiría analizar otro tipo de muestras, por ejemplo, el interior de tuberías. La presencia de la bacteria se detecta por medio de la intensidad de la fluorescencia. Este trabajo se desarrolla en colaboración con la doctora Leslie Arcila Lozano, Investigadora por México, comisionada al Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del IPN.
Para la detección de Brucella spp., el académico de la Facultad de Ciencias Biológicas ha desarrollado biosensores basados en soportes de dióxido de silicio con una arquitectura parecida a los utilizados para P. aeruginosa, donde sólo cambian el crosslinker y el anticuerpo. Esta investigación también se encuentra en proceso y participan los doctores Edith Chávez Bravo, del ICUAP, y Efraín Rubio Rosas, de la Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento (DITCo).
Descubrir toxinas en alimentos
En el caso de la identificación de compuestos dañinos en los alimentos, se puso atención en las llamadas aminas biógenas. Estas sustancias se generan por la acción de bacterias durante la descomposición de los alimentos, un proceso que no es perceptible en las primeras etapas. Para detectarlas, Caso Vargas explicó que, en el biosensor, también basado en soportes de dióxido de silicio, en vez de anticuerpos se inmoviliza la enzima Diamina Oxidasa, la cual reconoce específicamente a estas moléculas.
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El investigador del cuerpo académico “Biotecnología Ambiental” refirió que la detección de las aminas biógenas se realizó en condiciones de laboratorio y después se probó en quesos añejo, azul y gouda, así como en salmón y tilapia.
“Al colocar el dispositivo en una extracción acuosa, a partir de los alimentos contaminados, se observó un cambio de color de la muestra, lo cual indica el reconocimiento de las aminas biógenas por el biosensor. Entre más clara la muestra, menos toxinas; entre más oscura, más contaminación”, explicó.
Asimismo, Luis Ramiro Caso Vargas, integrante del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores, desarrolla sensores electroquímicos mediante una técnica conocida como “polímeros con huella molecular”, para la detección de histamina, la amina biógena más potente. En este trabajo colaboran los doctores Walter Torres Hernández, de la Universidad del Valle, en Colombia, y Harold Díaz Segura, quien hizo una estancia de investigación en el laboratorio de Caso Vargas.
