Detecta la contaminación del agua: la computadora de ADN podría decirte si tu agua potable está contaminada

rap«>Una simple prueba de contaminación del agua que involucre cadenas de ADN modificadas puede señalar los niveles de contaminación, y este sistema biológico puede realizar operaciones lógicas como las que realizan las computadoras.

Por Mateo Sparkes

Una computadora biológica controlada por ADN ofrece una forma simple y económica de probar la concentración de contaminantes en el agua potable. Y los experimentos muestran que las operaciones lógicas tomadas de la informática pueden incorporarse en el ADN para hacer que las futuras computadoras biológicas sean mucho más poderosas para detectar contaminantes.

Julius Lucks de la Universidad Northwestern en Illinois y sus colegas crearon en 2020 un biosensor capaz de detectar contaminantes en una sola gota de agua. Contiene proteínas que reaccionan ante la presencia de ciertas sustancias químicas produciendo moléculas fluorescentes. Esta reacción fácil de detectar actúa como una advertencia de que una muestra de agua está contaminada con estos químicos.

Las reacciones involucradas se inspiraron en mecanismos que evolucionaron naturalmente dentro de las bacterias. Lucks dice que los científicos primero intentaron diseñar las bacterias para realizar las pruebas, pero fue un desafío mantenerlas vivas y evitar que se propagaran por el medio ambiente. Esto condujo a la búsqueda de una versión biológica sintética sin células, en la que los mecanismos basados ​​en proteínas se eliminen de las bacterias y se utilicen de forma aislada.

«En biología sintética, estamos tratando de reutilizar estas máquinas moleculares que detectan toxinas y rediseñarlas para que funcionen de la manera que queremos, tal vez reconfigurarlas para que hagan cosas diferentes», dice Lucks. «Realmente no quieres liberar un microbio artificial en el agua cuya calidad estás tratando de medir».

Ahora, el equipo ha creado una versión más avanzada del sistema que no solo puede advertir sobre la presencia de productos químicos peligrosos, sino también marcar las cantidades presentes para que se puedan tomar las medidas adecuadas.

El sistema, denominado ROSALIND 2.0, cuenta con ocho pequeños tubos de ensayo, cada uno de los cuales contiene un biosensor con diferente sensibilidad a los contaminantes. Si solo brilla un tubo, la muestra de agua solo tiene rastros de contaminación. Pero a medida que brillan más y más tubos, el agua se vuelve cada vez más contaminada.

Lucks dice que la prueba funciona usando hebras de ADN «señuelo». Estos están diseñados para unirse fuertemente a un intermediario clave en la reacción con el contaminante, evitando la producción del producto fluorescente final.

Cada tubo contiene cantidades progresivamente mayores de este ADN. Dado que el paso fluorescente final de la reacción no se produce hasta que se agota el ADN señuelo, esto significa que un tubo con una cantidad baja de ADN señuelo puede emitir fluorescencia en presencia del contaminante, pero un tubo con una gran cantidad de este ADN podría no . Es posible medir el nivel de contaminante simplemente observando dónde se detiene la reacción fluorescente a lo largo de la fila de ocho tubos.

Lucks y su equipo demostraron que ROSALIND 2.0 podía detectar con éxito zinc, un antibiótico y un metabolito industrial.

Las pruebas sin células también se pueden liofilizar para un fácil almacenamiento y transporte, y luego activarse cuando sea necesario simplemente colocando una muestra de agua en cada tubo de ensayo.

Establecer la concentración de un contaminante ayuda a decidir qué acción correctiva se necesita. Si tiene pequeñas cantidades de plomo en su suministro de agua potable, por ejemplo, es posible que solo necesite enjuagar las líneas de agua antes de usarlas. Pero si tiene niveles altos, es posible que deba dejar de beber agua de inmediato.

«Todo el mundo debería tener estas cosas», dice Lucks. «Necesita saber que su agua es segura para beber».

Dado que la tecnología existente para evaluar la calidad del agua puede ser costosa, espera que ROSALIND 2.0 pueda ayudar. «Estamos tratando de hacer lo más simple y robusto que puedas imaginar, por lo que esperamos que sea infalible», dice.

Lucks y su equipo también han demostrado que el ADN modificado se puede utilizar para realizar operaciones lógicas, como las de las computadoras. No solo se puede hacer que reaccione ante la presencia de un material, como en ROSALIND 2.0, sino que creen que solo se puede hacer que reaccione cuando se encuentran dos sustancias químicas específicas, o cuando no se encuentra ninguna. Esto allana el camino para que se incorporen análisis mucho más sofisticados en pruebas igualmente robustas y fáciles de usar.

Referencia de la revista: Naturaleza Química BiologíaDOI: 10.1038/s41589-021-00962-9