Sensores biológicos de metales tóxicos

Sensores biológicos de metales tóxicos

El grupo del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR-CONICET-UNR) dirigido por el doctor Fernando Soncini, desarrolló sensores biológicos que pueden detectar metales pesados tóxicos en aguas de consumo y efluentes industriales, tecnología que se logró crear a partir de la modificación de bacterias para que al encontrar esos metales tomen color verde. La doctora Susana Checa, investigadora asociada del laboratorio y responsable de este proyecto, explica en que consiste este descubrimiento que se encuentra en etapa de patentamiento, y cómo llegaron a realizarlo.

Los comienzos

En el año 2001 la doctora Susana Checa ingresó al laboratorio de “Transducción de Señales en Bacterias Patógenas” que dirige el doctor Fernando Soncini, Vicedirector del IBR. Allí empezaron a estudiar genes específicos de la bacteria Salmonella que podían estar vinculados a su patogenesidad -capacidad de causar enfermedad- o al mantenimiento de la homeostasis de metales. “Comencé caracterizando un regulador transcripcional, es decir una proteína que se une al ADN y decide cuando otras proteínas se deben producir o no en base a lo que requiere la bacteria. Este regulador era similar a otros ya caracterizados en Salmonella y otras bacterias que detectan cobre, un metal esencial aunque tóxico, y descubrimos que la proteína que estábamos estudiando reconoce específicamente oro solubilizado y, en respuesta a este metal, incrementa la producción de otras proteínas necesarias para que la bacteria pueda eliminar el metal tóxico” manifestó Checa.

A partir de allí surgió la idea de crear el primer detector biológico de oro usando bacterias no-patógenas como plataforma. “Lo que hicimos fue tomar el gen de la bacteria Salmonella que lleva la información para producir la proteína que detecta oro e incorporarla al cromosoma de la nueva bacteria. Además, mediante ingeniería genética modificamos uno de los genes que eliminan el metal tóxico en Salmonella para que produzca una proteína verde fluorescente y también lo incorporamos a la bacteria. Así, cuando la proteína sensora encuentra oro solubilizado en el medio ambiente, se incrementa la producción de la proteína verde que se puede medir fácilmente. Cuanto mayor sea la cantidad de oro presente en la muestra, mayor la cantidad de proteína verde que se produce” explicó la investigadora.

Sobre la base de sus estudios previos, en el laboratorio continuaron trabajando en la caracterización del sensor de metales y modificándolo mediante mutagénesis. “Fuimos cambiando diferentes partes de la molécula para entender cómo este metalo-sensor detecta específicamente oro y no otros metales. Así, logramos obtener variantes del sensor original que detecta no sólo iones de oro sino además una amplia cantidad de metales, siempre como metal solubilizado, o sea como iones. Esto fue algo novedoso en este campo de estudio ya que hasta el momento las proteínas sensoras de metales que se habían estudiado detectaban sólo algunos metales, pero no un espectro tan amplio de metales tóxicos como el sensor que logramos desarrollar” explicó la doctora Checa.

Verde: alerta metales

Utilizando una metodología similar a la empleada para desarrollar el bio-sensor de oro y las nuevas variantes de la proteína detectora de metales, los investigadores generaron los primeros sensores biológicos que permiten detectar una amplia variedad de metales pesados tóxicos en un ensayo simple. “Estos bio-sensores pueden informar por ejemplo, si en una muestra de agua hay cobre, oro o plata, que son metales tóxicos, pero también si hay mercurio, plomo o cadmio, metales que se encuentran entre los diez más peligrosos reportados por la Organización Mundial de la Salud” manifestó la doctora Checa con respecto al dispositivo de medición desarrollado, que consta de bacterias que fueron modificadas genéticamente y toman color verde cuando encuentran alguno de los metales mencionados.

“El biosensor permite detectar los metales en sólo dos horas. Los ensayos realizados en el laboratorio sirven como prueba de concepto de que el sistema realmente funciona” señaló la investigadora y agregó “Las bacterias bio-sensoras pueden usarse directamente para detectar metales tóxicos en el laboratorio. De hecho, es una metodología muy simple, fácil de implementar y económica. Es importante destacar que para detectar estos metales actualmente se usan instrumentos que en general son muy caros, que están instalados en laboratorios especializados y que pueden estar alejados o ser bastante inaccesibles para la gente que quiere conocer el estado de agua de un pozo que está consumiendo o de un río en cercanía de industrias”.

”Lo ideal sería poder acoplar las bacterias detectoras a un instrumento de medición portátil. Esto permitiría mostrar rápidamente la presencia de metales tóxicos en el agua de consumo, directamente en el lugar” indicó la investigadora y aclaró que esta tarea corresponderá a otro grupo de investigación que esté interesado y posea la capacidad técnica y los conocimientos para el diseño de tales dispositivos.

En cuanto a las diferencias entre ambos desarrollos, la doctora Checa indicó que el bio-sensor de oro tiene un uso exclusivo en el campo de la minería, en cambio la nueva tecnología, por su aplicación en monitoreo ambiental, tiene un interés más general, ya que permite detectar rápidamente la presencia de metales tóxicos contaminantes.

Grupo de investigación

Dr. Fernando Soncini – Director del laboratorio
Dra. Susana Checa – Investigadora asociada y responsable del proyecto
Dra. María Marta Ibañez
Lic. Sebastián Cerminati (becario de CONICET)

Por CCT Rosario