Detección del coronavirus en las aguas residuales

A las pocas semanas de haber llegado a la escena mundial, el SARS-CoV-2 ha logrado rodear el globo, dejando a su paso enfermedades, mortalidad y devastación económica. Uno de los principales retos a los que se enfrentan las autoridades sanitarias y la comunidad médica ha sido la realización de pruebas para detectar el escurridizo virus a una escala suficientemente amplia.

Se está desarrollando y perfeccionando un nuevo enfoque para vigilar el nuevo coronavirus (así como otros patógenos y agentes químicos peligrosos). Conocido como epidemiología basada en las aguas residuales (WBE), el método extrae muestras de aguas residuales para obtener pistas vitales sobre la salud humana. Puede identificar potencialmente los niveles de infección por coronavirus tanto a escala local como mundial.

En última instancia, la WBE encierra la promesa de una vigilancia casi en tiempo real de los brotes de enfermedades, los microbios resistentes, los niveles de uso de drogas o los indicadores de salud de la diabetes, la obesidad y otras enfermedades.

En un nuevo estudio, los investigadores de la ASU Rolf Halden y Olga Hart analizan lo que se puede y no se puede medir cuando se rastrea el SARS-CoV-2 en las aguas residuales, y destacan las ventajas económicas del nuevo enfoque sobre las pruebas convencionales de enfermedades y la vigilancia epidemiológica.

“Nuestros resultados muestran que la dependencia exclusiva de las pruebas en los individuos es demasiado lenta, de costo prohibitivo y en la mayoría de los lugares, poco práctica, dada nuestra actual capacidad de pruebas”, dice Halden. “Sin embargo, cuando va precedida de un análisis de aguas residuales en toda la población, la tarea se vuelve menos desalentadora y más manejable”.

Hart es el autor principal del nuevo estudio e investigador del Centro de Biodiseño para la Ingeniería de la Salud. Su investigación aparece en la revista Science of the Total Environment.

La epidemiología basada en las aguas residuales tiene el potencial de romper el atasco de las pruebas de coronavirus en muchas naciones desarrolladas como los EE.UU., pero también podría ser una herramienta inestimable para recopilar datos de salud en las regiones empobrecidas que probablemente soporten la mayor parte de la pandemia.

El coronavirus. (Foto: Shireen Dooling)

Actualmente, los EE.UU. cuentan con la mayor red nacional e internacional de WBE y un depósito de muestras, conocido como Observatorio de Salud Humana (HHO) en la ASU. Recientemente, el SARS-CoV-2 se añadió a una serie de indicadores de salud sujetos a un seguimiento continuo por parte del HHO desde mayo de 2008.

La técnica de Halden tiene una gran sensibilidad, con el potencial de detectar la firma de un solo individuo infectado entre 100 y 2 millones de personas. Para lograr esto, las muestras de aguas residuales son examinadas para detectar la presencia de fragmentos de ácido nucleico del virus del SARS-CoV-2. Los genomas del ARN se amplifican mediante un proceso conocido como PCR cuantitativa de transcriptasa inversa (RT qPCR).

La estrategia WBE consiste en transcribir primero el ARN del coronavirus en ADN complementario (ADNc) por la enzima transcriptasa inversa, y luego amplificar el ADN resultante para mejorar la detección de la señal. Se utilizan técnicas de secuenciación para confirmar la presencia viral en las muestras de aguas residuales.

“Podemos de una sola vez monitorear toda una comunidad para detectar la presencia del nuevo coronavirus”, dijo Hart. “Sin embargo, existen desventajas. Para obtener los mejores resultados y evitar la pérdida de información, querremos medir cerca de los puntos calientes del virus y tener en cuenta la temperatura y la dilución de las aguas residuales a la hora de estimar el número de casos infectados”.

En el presente estudio, los investigadores modelaron muestras de aguas residuales en Tempe, Arizona, para la presencia del virus del SARS-CoV-2. Su trabajo se basa en el análisis computacional y el modelado, y en las proyecciones de los focos epidémicos pasados, presentes y futuros.

La investigación indica que debe realizarse una calibración cuidadosa para garantizar la exactitud de los datos, que son sumamente sensibles a variables clave como la temperatura estacional, el tiempo medio de viaje en la red de alcantarillado, las tasas de degradación de los biomarcadores, la demografía de la comunidad y el uso de agua por persona. (En un documento complementario de Halden y Hart se examinan con todo detalle los efectos de estas variables en los resultados de la WBE).

Las estimaciones basadas en datos europeos y norteamericanos sugieren que cada persona infectada con el SARS-CoV-2 excretará millones, si no miles de millones, de genomas virales en las aguas residuales por día. Esto se traduce en entre 0,15 y 141,5 millones de genomas virales por litro de aguas residuales generadas.

Con la ayuda de la RT qPCR, los investigadores deberían ser capaces de detectar el nuevo coronavirus con una alta sensibilidad, lo que requiere la vigilancia de aproximadamente 1 de cada 114 individuos en el peor de los casos y solo 1 caso positivo entre 2 millones de individuos no infectados en condiciones óptimas.

Además de reducir la transmisión y la mortalidad resultantes de la infección por el SARS-CoV-2, la mejora de los datos relativos a toda la población proporciona otros beneficios para la sociedad. Al determinar con precisión los focos de infección viral, los investigadores podrán dirigir mejor los recursos para proteger a las poblaciones vulnerables mediante medidas de distanciamiento social, al tiempo que se alivian las restricciones en las regiones libres de virus, reduciendo al mínimo los trastornos económicos y sociales.

Para lograrlo, Halden y su equipo han creado OneWaterOneHealth, un proyecto sin fines de lucro de la Fundación ASU que busca llevar las pruebas de COVID-19 a quienes actualmente no pueden costearlas.

Halden dijo que si este enfoque se aplicara en los Estados Unidos, aproximadamente el 70% de la población podría ser examinada para detectar el SARS-CoV-2 mediante la vigilancia de las 15.014 plantas de tratamiento de aguas residuales del país, con un costo estimado de reactivos químicos de 225.000 dólares.

Se podría lograr una vigilancia más precisa utilizando WBE para identificar los puntos calientes regionales o mundiales del virus, y luego aplicar pruebas específicas a los individuos mediante métodos clínicos. (Fuente: NCYT Amazings)

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El asombroso alcance de la detección química en los perros

El olfato canino es célebre por su enorme sensibilidad. Ahora una nueva investigación, realizada por el equipo de Robin Abel y James Harynuk, de la Universidad de Alberta en Canadá, ha revelado el sorprendente nivel de resolución al que llega una de las capacidades de detección olfativa canina.

Los investigadores han comprobado que los perros, debidamente entrenados, pueden detectar rastros de gasolina y otras sustancias similares hasta una milmillonésima parte de una cucharadita. El hallazgo de hasta dónde llega esta sensibilidad será de gran utilidad en investigaciones para discernir si un incendio ha sido provocado o no.

Durante una investigación sobre un incendio que quizá haya sido provocado, se puede utilizar un perro para identificar los escombros que contienen rastros de líquidos inflamables; hallar esos vestigios podría apoyar la hipótesis de que el incendio fue intencionado. Como judicialmente no basta la actitud del perro, la detección por el perro de esos vestigios de líquidos inflamables debe ser corroborada por análisis químicos legalmente aceptados. Los escombros del sitio donde la actitud del perro indicó la aparente detección deben ser llevados al laboratorio y analizados. Pero la labor del perro es vital al proporcionar a los laboratorios forenses un material sospechoso.

La perra Eza esperando que Jeff Lunder inicie la búsqueda, en los restos dejados por un incendio en una estructura residencial, para comprobar si hay algún vestigio olfateable por el animal de líquidos inflamables. (Foto: Joe Towers)

En el nuevo estudio intervinieron dos equipos de perros y cuidadores-entrenadores de estos.

“En este campo, es bien sabido que los perros son más sensibles que las pruebas de laboratorio corrientes”, destaca Harynuk. Estas pueden dar negativo ante la presencia de vestigios que sí detectan y señalan los perros al oler los escombros. (Fuente: NCYT Amazings)

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La UVa ensaya con muestras del cráter de la bahía de Chesapeake (Estados Unidos) la detección de vida en Marte

El grupo ERICA (Espectroscopía Avanzada en Ciencias de la Tierra y Planetarias) de la Universidad de Valladolid (UVa) (España), coordinado por el catedrático Fernando Rull, está preparándose para el uso en Marte de la herramienta RLS (Raman Laser Spectrometer), el primer espectrómetro Raman en ser validado para misiones espaciales, que se utilizará para localizar restos de vida en el marco de ExoMars, la misión planetaria que la Agencia Espacial Europea (ESA) y la corporación espacial rusa Roscosmos lanzarán en 2022 hacia el planeta rojo.

El grupo de investigación, que lidera el desarrollo de la herramienta, ha analizado muestras semejantes a las que se podrán encontrar en Marte, procedentes de la bahía de Chesapeake (Estados Unidos), que forman parte de la colección de análogos de Marte en la Tierra del proyecto PTAL y han obtenido unos resultados muy prometedores.

La bahía de Chesapeake preserva uno de los pocos cráteres terrestres producidos por el impacto de un bólido en una superficie cubierta por agua. Esto lo convierte en un análogo terrestre de Marte, ya que la superficie del planeta rojo se caracteriza por la presencia de numerosos cráteres similares. Y, por ende, el lugar ideal para probar las capacidades del RLS en la identificación de compuestos minerales que indicarían la presencia de vida.

Marco Veneranda, investigador del grupo ERICA y miembro del equipo RLS, recuerda que “al comparar las estructuras de impacto marcianas con el cráter de la bahía de Chesapeake se descubrió que algunas podrían haberse producido por el impacto de un meteorito contra una superficie cubierta por agua”. Teniendo en cuenta que calor y agua son los componentes principales para la proliferación de microorganismos, estos cráteres representarían “uno de los lugares más prometedores para la búsqueda de vida en Marte”, principal objetivo de la misión ExoMars.

Los investigadores del grupo ERICA estudian uns muestra análoga de Marte en la Tierra mediante la herramienta RLS (Raman Laser Spectrometer). (Foto: M. Veneranda)

“La presencia de agua, junto con el calor generado por el impacto, hace que las rocas localizadas en el centro del cráter sufran procesos de metamorfosis y alteración hidrotermal. La detección de los productos de alteración tiene un alto valor científico ya que ayudan a reconstruir las dinámicas del impacto y la evolución geológica del lugar”, precisa el científico.

Para probar en la Tierra la herramienta RLS que viajará a Marte, el equipo ha desarrollado el RLS ExoMars Simulator. Este instrumento “permite reproducir en la Tierra análisis cualitativamente comparables” y por ello “tiene una importancia clave para prepararse ante los desafíos de la futura misión marciana”, asegura Veneranda.

Los resultados obtenidos del análisis de las muestras procedentes del cráter de Chesapeake (Estados Unidos) mediante Raman han sido muy prometedores. Frente a otras técnicas que ya operan y operarán en Marte, el RLS ExoMars Simulator ha permitido identificar numerosos compuestos minerales minoritarios y productos de alteración que no fueron detectados por técnicas complementarias. Un dato alentador, ya que “los minerales presentes en pequeñas concentraciones son los que, a menudo, proporcionan valiosas informaciones sobre la posible presencia de vida”, subraya el investigador del ERICA.

En concreto, la herramienta fue capaz de detectar siderita (FeCO3) y barita (BaSO4), que de localizarse en Marte proporcionarían “la evidencia espectroscópica que confirmaría la ocurrencia de procesos de alteración hidrotermal”. La detección de este tipo de compuestos en un cráter marciano ayudaría así “a confirmar la presencia de agua al momento del impacto, lo que convertiría a ese lugar en un objetivo científico extremadamente interesante para estudios astrobiológicos”. (Fuente: DICYT)

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Detección del Alzheimer con un nuevo análisis de sangre

Se ha desarrollado un nuevo análisis de sangre para la enfermedad de Alzheimer bajo el liderazgo de investigadores de la Universidad de Gotemburgo, en Suecia. El método se basa en la medición de una variante específica de la proteína tau en muestras de sangre ordinarias, lo que hace que la prueba sea relativamente simple y barata de realizar.

La investigación en que se basó la prueba fue dirigida por Kaj Blennow, profesor de neuroquímica clínica, y Henrik Zetterberg, profesor de neuroquímica, de la Academia Sahlgrenska de la Universidad de Gotemburgo. Los resultados se publican en un artículo en la revista The Lancet Neurology.

La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por dos cambios patológicos en el tejido del sistema nervioso. Uno es la formación de aglomeraciones extracelulares de una proteína llamada beta-amiloide. El otro son las neurofibrillas, compuestas por la proteína tau, que se han adherido en pequeñas lesiones (“ovillos neurofibrilares”) en las neuronas del cerebro a través de un proceso bioquímico conocido como fosforilación.

El nuevo método desarrollado se basa en la medición de la proteína tau fosforilada – específicamente, la variante P-tau181 – en muestras de sangre ordinarias, realizada con un método ultrasensible conocido como Single Molecule Array (Simoa). Simoa puede medir niveles considerablemente más bajos de biomarcadores de proteínas que otros métodos analíticos.

Prof. Kaj Blennow y Prof. Henrik Zetterberg. (Foto: Johan Wingborg, University of Gotheburg)

La P-tau181 se ha medido durante mucho tiempo a través de pruebas en el líquido cefalorraquídeo, en las que se encuentra a un nivel considerablemente más alto que en las muestras de sangre. En los últimos años, también ha sido posible poner de manifiesto las neurofibrillas utilizando la técnica avanzada de imágenes médicas llamada tomografía por emisión de positrones (PET). Sin embargo, los exámenes del líquido cefalorraquídeo son difíciles de realizar en la atención primaria, y los elevados costos de las exploraciones por PET restringen su uso. Por lo tanto, será muy valioso poder establecer la patología tau mediante análisis de sangre ordinarios.

Los resultados que se publican ahora muestran que el nivel de P-tau181 es muy elevado en el Alzheimer, incluso en su fase inicial, lo que se conoce como deterioro cognitivo leve. Sin embargo, este nivel elevado solo se encontró en los pacientes que también tenían placas amiloides, como reveló la cámara PET.

El nivel de P-tau181 específico en el plasma sanguíneo también resultó corresponder muy estrechamente con el nivel de ovillos tau en el cerebro registrado con la técnica PET. El análisis de sangre también identificó a las personas en las primeras etapas de la enfermedad que tenían placas, pero en aquellas que la técnica PET no detectó un aumento de los niveles tau.

El análisis de sangre mostró una muy buena capacidad para distinguir el Alzheimer de otras enfermedades cerebrales, como la demencia frontotemporal y la enfermedad de Parkinson, en las que el nivel de P-tau181 en sangre era totalmente normal.

El análisis de sangre desarrollado en la Universidad de Gotemburgo produce resultados similares a los del análisis de sangre desarrollado en la empresa farmacéutica estadounidense Eli Lilly. Los resultados de este último se publicaron recientemente en Nature Medicine, con Kaj Blennow y Henrik Zetterberg como coautores.

“Creemos que, en el futuro, un uso muy importante de nuestro análisis de sangre será para la detección en la atención primaria. Lo demostramos en uno de los estudios que forman parte de nuestro artículo, en el que examinamos a pacientes de atención primaria preocupados por sus problemas de memoria”, dice Blennow.

“También creemos que el nivel de P-tau181 en el plasma sanguíneo puede ser un marcador muy importante para mostrar y monitorizar la eficacia de los nuevos fármacos contra el Alzheimer que se están desarrollando en la actualidad”, dice Henrik Zetterberg. (Fuente: NCYT Amazings)

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Diseñan un nanosensor para la detección dióxido de nitrógeno que mejora en un 300% la sensibilidad y durabilidad de los actuales

El dióxido de nitrógeno (NO2) es un compuesto tóxico que hay que detectar a muy bajas concentraciones. Encontrarlo plantea todo un reto, sobre todo en cuanto a la detección selectiva de este compuesto, ya que en el ambiente puede haber otros gases en concentraciones más elevadas que dificulten su identificación.

Ahora, un grupo investigador del Instituto de Tecnología Química, centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con la Universitat Rovira i Virgili (URV) (España),  ha diseñado un nanosensor capaz de detectar la presencia de dióxido de nitrógeno en el ambiente en cantidades muy bajas y que mejora en un 300% la fiabilidad y sensibilidad de los sensores actuales. Esta investigación, publicada en la revista Sensors, supone un paso adelante en el desarrollo de este tipo de dispositivos hechos con nanomateriales de carbono.

El grupo investigador, encabezado por Juan Casanova y Eduard Llobet, del Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática de la URV, trabajó con dos materiales. Por un lado utilizaron grafeno, que es muy hidrofóbico -repele el agua y la humedad-, y bastante sensible en la detección de gases, pero que tiene algunas limitaciones: es poco selectivo y su sensibilidad deriva a lo largo del tiempo. Por otra parte, han utilizado perovsquitas, un material de estructura cristalina muy utilizado en el campo de las células solares. Su limitación es que se degradan rápidamente cuando están expuestas al ambiente. Por eso decidieron combinar las perovsquitas con un material hidrofóbico que hiciera huir las moléculas de agua como es el grafeno, para comprobar si así se evitaba o retrasaba su degradación.

“Este híbrido -grafeno y perovskitas- dio como resultado un material mucho más sensible en la detección de este tipo de gases. La perovskita por sí sola se degrada con el tiempo y hemos comprobado que cuando la ponemos encima del grafeno mantiene invariables sus propiedades y la respuesta del sensor durante mucho más tiempo “, explica Eduard Llobet.

Nanosensor. (Foto: UPV-CSIC-URV)

Los investigadores llevan años trabajando para buscar alternativas a los sensores convencionales, y el campo de los nanomateriales de carbono augura resultados prometedores en este ámbito. Estos materiales, además de ser muy pequeños y necesitar muy poca energía para su funcionamiento, han demostrado buenas respuestas y una recuperación muy rápida a temperatura ambiente, a diferencia que los sensores actuales. “Por su tamaño son dispositivos portables -incluso todos se pueden llevar encima-, y el hecho de que trabajen a temperatura ambiente es muy importante ya que esto hace que necesiten baterías muy pequeñas, un hecho que con otros materiales es implanteable”, afirma Llobet.

Esta investigación, que ha utilizado por primera vez grafeno con nanocristales de perovskita como sensor de gases tóxicos, ha demostrado que esta combinación es una buena alternativa para detectar estos compuestos por su alta sensibilidad a lo largo del tiempo. Con resultados como los de esta investigación, las perovsquitas se convierten en una alternativa a los metales, óxidos metálicos, polímeros u otras moléculas que se utilizaban habitualmente para modificar la superficie de los nanomateriales de carbono como el grafeno.

El grupo de investigación del ITQ lleva varios años trabajando en diferentes líneas orientadas a la síntesis y aplicación de las perovskitas en campos tales como celdas solares o fotocatalizadores, sin embargo, su empleo como sensor es relativamente nuevo. Desde el ITQ, se ha llevado a cabo el control del tamaño y composición de los nanocristales para que puedan ser altamente sensibles frente al dióxido de nitrógeno.

“Estos materiales presentan un elevado potencial para el desarrollo de nuevos sensores de gases, ya que aquí se aprovecha una limitación de los mismos en el campo de las celdas solares: “los defectos” que en el caso de los sensores juegan un papel muy importante en el mecanismo de funcionamiento. Además, si se tiene en cuenta todas las posibilidades de modificación estructural que presentan las perovskitas, tenemos la oportunidad de encontrar una gran familia de sensores para la detección otros gases. Cabe destacar también que las perovskitas son fáciles de sintetizar y emplean elementos abundantes en la naturaleza”, explica Pedro Atienzar, científico titular del CSIC en el Instituto de Tecnología Química. (Fuente: UPV)

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Un material MOF para la detección óptica de NO2

El dióxido de nitrógeno (NO2) es un contaminante atmosférico emitido por centrales eléctricas, instalaciones industriales y vehículos a motor que, en concentraciones altas, tiene efectos negativos para nuestra salud. Detectar este NO2 tóxico de manera portátil y en tiempo real sigue siendo un verdadero desafío cuando se trata de asegurar la calidad del aire, tanto en interiores como en el exterior. La forma estándar de medir el NO2 en las estaciones de medición implica un proceso de dos etapas que es costoso y se ve afectado por interferencias para bajas concentraciones de gas. Para lograr este objetivo a bajo costo, se requieren materiales de detección simples y reversibles, para una mayor miniaturización e integración en pantallas portátiles.

Las estructuras metal-orgánicas (MOFs, por sus siglas en inglés) son materiales porosos que pueden superar las limitaciones de las actuales tecnologías de detección. Los cambios en las propiedades de las redes MOF, ya sean ópticas, electrónicas o magnéticas, tras la inclusión de sustancias químicas ya se explotan para detectar bajas concentraciones de analitos y constituyen un prometedor procedimiento para lograr sensores avanzados.

Investigadores del IMDEA Nanociencia, el CNRS de Grenoble y la Universidad de Valencia (ICMOL) (España) han estudiado los cambios en las propiedades ópticas de las estructuras MOF de lantánidos (Ln-MOFs) en presencia de gas NO2. Se encontró un aumento, o una disminución, de la intensidad de la luminiscencia en función del ión de lantánido contenido en la estructura de la MOF (Eu o Tb, respectivamente).

En su trabajo, se realizaron mediciones espectroscópicas junto con cálculos DFT para lograr una comprensión íntegra del mecanismo de interacción entre la estructura Ln-MOF y el NO2. La modulación de la intensidad de la luz emitida se atribuye a la tasa de transferencia de energía de los ligandos orgánicos al lantánido en el interior de la red MOF, que depende en gran medida de la presencia de la molécula de NO2.

La adsorción de NO2 por la red MOF de lantánido modula su luminiscencia. (Imagen: © American Chemical Society)

Los cambios en la propiedad óptica son reversibles y detectables en concentraciones de NO2 tan bajas como 500 ppb. A pesar de la débil interacción MOF- NO2, la modulación de la luminiscencia es suficiente para detectar directamente bajas concentraciones del gas nocivo NO2 con una sensibilidad exquisita a temperatura ambiente. Este esquema de detección sin precedentes podría ser explotado en las pantallas de luminiscencia convencionales, sin requerir una costosa electrónica.

José Sánchez-Costa está entusiasmado con los resultados: “Para mí es una combinación de diferentes logros, el más notable es el hecho de detectar reversiblemente el NO2 en ppm con una variación del 15% de la luminiscencia y entender el porqué (debido a la interacción supramolecular entre la molécula y el receptor de tipo amino en la MOF) es algo muy interesante. También es muy notable el hecho de que, para desorber el NO2, se necesita muy poca energía (únicamente el flujo de aire, en lugar de tener que calentar la muestra)”.

La explotación de las interacciones supramoleculares entre NO2 y los grupos amino abre el camino hacia nuevos materiales con propiedades mejoradas. “La sensibilidad al NO2 puede ser aún más amplificada al aumentar el número de grupos amino disponibles en la estructura interna de la red MOF” destaca Juan Cabanillas.

Hoy en día, a pesar de los grandes esfuerzos para superar las limitaciones actuales en la detección de NO2, las técnicas comerciales siguen siendo costosas y difíciles de implementar en el terreno. “Lo que proponemos en este trabajo es una alternativa a los métodos convencionales para ir más allá del estado del arte, y ser una solución en la implementación de sensores portátiles” dice Costa. El carácter multidisciplinar del trabajo fue clave en esta exitosa investigación.

Este trabajo de colaboración ha sido liderado por los investigadores de IMDEA Nanociencia Reinhold Wannemacher, Juan Cabanillas-González y José Sanchez Costa, y está parcialmente financiado por el Programa de Centros de Excelencia en I+D “Severo Ochoa”. (Fuente: IMDEA)

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Un método elaborado en Brasil facilita el descubrimiento de marcadores de detección de enfermedades

El análisis del conjunto de proteínas existente en el plasma sanguíneo puede revelar diversos procesos que ocurren en el organismo e incluso ayudar a diagnosticar algunas enfermedades.

Este tipo de estudios se concreta con una pequeña parte del plasma. Sucede que el 90% de la masa proteica del fluido corresponde a tan solo 14 moléculas. El 10% restante está compuesto por miles de proteínas distintas, entre ellas algunas empleadas como marcadores de procesos biológicos.

Por ende, antes de realizar un análisis proteómico, los investigadores suelen separar químicamente las proteínas más y menos abundantes del plasma. A este proceso se lo conoce con el nombre de depleción.

Sin embargo, investigadores de la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil, demostraron que esta separación no es tan precisa como se imaginaba y puede dejar proteínas importantes al margen de los análisis.

Al estudiar las moléculas más abundantes en el fluido, normalmente desechadas, los científicos notaron que estaban ligadas a otras menos abundantes, que presuntamente estarían presentes en la parte del plasma que se emplea en los análisis. Esta investigación, que contó con el apoyo de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo, mostró que algunas de esas proteínas normalmente dejadas de lado regulan procesos biológicos importantes y podrían servir como marcadores de enfermedades.

Los resultados de dicho estudio salieron publicados en la revista Separation Science Plus. “El primer objetivo de ese trabajo consistió en alertar a la comunidad científica acerca de esta cuestión. Los investigadores pueden estar desechando literalmente eventuales biomarcadores, lo cual puede tener influjo sobre los datos recabados en estudios anteriores. Comprobamos que algunas de las proteínas excluidas de los análisis hasta ahora constituyen potenciales biomarcadores referentes a diversas condiciones de salud”, declaró Daniel Martins-de-Souza, docente del Instituto de Biología (IB) de la Unicamp y coordinador del estudio.

Esta investigación se llevó a cabo durante la maestría de Licia Carla da Silva Costa, primera autora del artículo, en el marco de un proyecto destinado a la búsqueda de biomarcadores de esquizofrenia mediante la realización de análisis proteómicos (análisis del conjunto de proteínas de muestras biológicas).

Sangre. (Foto: DICYT)

“La investigación de biomarcadores de enfermedades mentales constituye el enfoque de nuestro laboratorio. Pero el principal hallazgo de este estudio consiste en que esa fracción de proteínas abundantes no debe desecharse en este tipo de análisis”, dijo Da Silva Costa.

El método que desarrollaron los investigadores de la Unicamp en colaboración con el investigador alemán Johann Steiner, de la Universidad de Magdeburg, fue denominado “depletoma”. Este nombre hace referencia al análisis proteómico del material que, hasta ahora, se desechaba tras la depleción.

La idea surgió durante una pasantía posdoctoral que Martins-de-Souza realizó en la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, entre los años 2010 y 2012.

Análisis realizados con las técnicas disponibles en ese entonces mostraron que había algunas proteínas menos abundantes que se desechaban. Con todo, el estudio solo se reanudó en 2016, durante la iniciación a la investigación científica de Da Silva Costa.

En los nuevos análisis, se empleó una técnica de espectrometría de masa de alta definición conocida como shotgun proteomics, en la cual las proteínas se dividen en partes menores, los péptidos. Con base en la identificación de los péptidos, se arriba a las proteínas de las cuales los mismos forman parte.

Los investigadores utilizaron muestras de plasma de 20 individuos sanos. Se identificaron 12.714 péptidos, correspondientes a 281 proteínas. Luego se agruparon proteínas de la misma familia y se excluyó a aquellas que tenían pocos péptidos correspondientes en el fluido, con lo cual restaron al final 198 moléculas.

Al analizar bancos de datos de funciones proteicas, los investigadores hallaron 35 procesos biológicos relacionados con las 198 moléculas identificadas. Uno de los procesos, denominado endocitosis mediada por el receptor, fue el que mostró mayor aparición, asociado a 19 proteínas.

“Es un proceso en el cual las células captan lo que está en el medio”, explicó Martins-de-Souza. Las alteraciones en esa vía, añadió el científico, están relacionadas con el surgimiento de desórdenes psiquiátricos y del sistema inmunológico y con algunos tipos de cáncer. Los mecanismos referentes a la endocitosis también pueden explotarse en el transporte personalizado de medicamentos dentro el organismo.

El hecho de que el depletoma abarque alrededor de 20 proteínas relacionadas con procesos inmunes puede aportar nuevos derroteros de investigación también referentes a enfermedades metabólicas, neurodegenerativas y psiquiátricas.

Se hallaron también marcadores de procesos biológicos importantes, tales como el transporte de oxígeno hacia las células, la vasodilatación y la coagulación sanguínea, entre otros.

Los investigadores estiman que es posible hallar otras proteínas relevantes más allá de las 198 descritas en el artículo. “El próximo paso de la investigación consiste en perfeccionar el método para obtener nuevos potenciales biomarcadores”, comentó Martins-de-Souza. (Fuente: AGENCIA FAPESP/DICYT)

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Científicos están desarrollando test rápidos para la detección de COVID-19 en Brasil

Científicos del estado de São Paulo, en Brasil, están desarrollando test rápidos y baratos con miras a expandir la capacidad de diagnosticar el COVID-19. Se trata de iniciativas en las cuales se aplican distintas estrategias tendientes a detectar el virus o los anticuerpos que el organismo genera para combatirlo. El objetivo consiste en determinar con precisión quiénes están infectados y también quiénes ya han padecido la enfermedad, aun cuando haya sido de manera asintomática, y que teóricamente estarían inmunizados.

Algunas de estas iniciativas de test rápidos para el nuevo coronavirus (SARS-CoV-2) consituyen despliegues de investigaciones anteriores destinadas a la detección de infecciones causadas por zika, dengue u otras enfermedades virales y que ahora son objeto de nuevos modelados para la detección de COVID-19.

“Debemos tener en cuenta que la epidemia se extenderá aún durante algún tiempo más. Es posible que haya otras oleadas de infección y por eso resulta esencial contar con distintos tipos de pruebas para recabar datos epidemiológicos y también para planificar medidas de aislamiento social y autorizar a las personas para que trabajen. Al expandir el testeo, es posible detectar casos leves y graves y saber quiénes están curados, aparte de identificar a quienes ya se han infectado y no saben que padecieron la enfermedad”, dice Edison Durigon, docente del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP), quien ha llevado adelante diversas investigaciones relacionadas con el nuevo coronavirus.

En el ICB-USP, investigadores están desarrollando test de tira (cintas similares a las del test de embarazo) para detectar en 15 minutos si el virus causante del COVID-19 se encuentra en la secreción de la nariz o de la garganta de las personas. Este estudio fue aprobado por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP en el marco del pliego intitulado Suplementos de Rápida Implementación Contra el COVID-19, emitido con el objetivo de agilizar la financiación de estudios que ayuden a combatir la pandemia.

La investigación se encuentra en fase avanzada y los test estarán listos ahora en mayo. Todos los insumos necesarios, tales como los antígenos del virus y los anticuerpos, están desarrollándose en el propio laboratorio de la USP, sin necesidad por ello de importar reactivos durante este período de gran demanda en todos los países del mundo.

Test de coronavirus. (Foto: DICYT)

“Logramos aislar el virus del paciente número 1 en Brasil y producir en laboratorio tres proteínas de superficie que permiten detectar la presencia del patógeno en test de este tipo. Actualmente, el estudio se encuentra en la fase de inoculación de esas proteínas a animales de laboratorio (ratas, conejos y cabras) para obtener la cantidad de suero suficiente como para producir los primeros test rápidos”, dice Durigon, uno de los coordinadores de la investigación.

De acuerdo con el científico, el desarrollo de test para COVID-19 sigue la misma línea de investigación y la misma metodología que se aplicaron durante la epidemia de zika. “El desarrollo de este test surgió basado en todo el conocimiento que generamos en investigaciones anteriores realizadas con el virus del Zika, cuando fue posible también aislar el virus, producir la proteína y desarrollar los test”, dice.

Durigon remarca que, con las proteínas desarrolladas en el laboratorio, en el futuro será posible desarrollar pruebas que detecten los anticuerpos y, por ende, si el sistema inmunológico de las personas está reaccionando a la infección causada por el virus. “Pero preferimos desarrollar en este momento de la epidemia pruebas que efectúen el diagnóstico en 15 minutos. Con este método no es necesario esperar que la persona produzca los anticuerpos, sino que es posible detectar la presencia del virus circulante”, dice.

En el Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) –un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar)– se está elaborando un sensor electroquímico para la detección de la infección provocada por el SARS-CoV-2 también durante los primeros días de la enfermedad.

Mediante este abordaje, se emplea un sensor electroquímico con nanopartículas de óxido de zinc para detectar la proteína recombinante del nuevo coronavirus en las secreciones de la garganta o de la nariz de los individuos posiblemente infectados.

“Al aplicar esta estrategia, será posible detectar la presencia del virus circulante desde el comienzo de la infección. Esto es importante para el control de la pandemia, pues se trata de un test rápido con el que se pueden identificar casos iniciales de la enfermedad y casos asintomáticos”, dice Talita Mazon, coordinadora del estudio e investigadora del Centro de Tecnología de la Información Renato Archer, con sede en la ciudad de Campinas.

De acuerdo con Mazon, este método comprende la utilización de una plaqueta de circuito impreso –presente en la mayoría de los aparatos electrónicos– con nanoestructuras de óxido de zinc que sirven para inmovilizar a los anticuerpos contra las proteínas S1 y S2, presentes en la espícula (la corona) del nuevo coronavirus.

“Estamos adaptando el método que desarrollamos para el zika y el dengue para la detección de la proteína recombinante del SARS-CoV-2 [proteínas virales producidas en laboratorio] vía anticuerpos inmovilizados en las nanoestructuras. Simultáneamente, estamos entablando una colaboración con el grupo de investigadores de la Universidad de Campinas [Unicamp] que aisló el virus en laboratorio para modificar la base sensora con modelos del tamaño y de la forma del virus, para efectuar la detección directa del patógeno. De esta forma, el test rápido sería totalmente brasileño, pues no necesitaríamos esperar la importación de anticuerpos desde laboratorios extranjeros”, declaró Mazon.

En 15 minutos y con tan solo una gota de la secreción de la garganta del paciente, es posible detectar la presencia de la molécula viral representada en gráficos obtenidos mediante el empleo de un aparato portátil y exhibidos en una aplicación de teléfono celular. “Estamos iniciando conversaciones con la industria para la producción a gran escala. Si todo marcha bien, creo que en tres meses será posible contar con los sensores”, dice.

En otra iniciativa que se lleva adelante en la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de la localidad de Botucatu, se aplica una estrategia con nanopartículas de oro para detectar en 15 minutos la presencia de anticuerpos referentes al nuevo coronavirus en la saliva u otra secreción del paciente.

“Estamos desarrollando el mismo tipo de prueba rápida que el Ministerio de Salud de Brasil tuvo que importar recientemente. Como tenemos experiencia con ese tipo de test para otras enfermedades, tales como el dengue, el moquillo canino y, más recientemente, con el circovirus porcino, estamos adaptando esta metodología al nuevo coronavirus”, dice João Pessoa Araújo Júnior, investigador del Instituto de Biociencias de Botucatu (IBB) de la Unesp.

Para desarrollar las pruebas, el grupo tuvo que importar los anticuerpos de tipo inmunoglobulina G (IgG) e inmunoglobulina M (IgM), proteínas producidas por las células de defensa del cuerpo humano para combatir el SARS-CoV-2. Este método consiste en el empleo de una tira de papel cromatográfico con nanopartículas de oro recubiertas por anticuerpos específicos contra el nuevo coronavirus. Cuando una punta de la tira entra en contacto con la secreción del paciente, en caso de que la misma tenga el virus o en presencia de IgG o IgM, estas se unen a los anticuerpos específicos provocando un cambio de color visible en la línea de test.

Por tratarse de nanoestructuras, el valor del material no pesaría tanto en el costo final del producto. De acuerdo con las estimaciones para los kits de test para dengue –desarrollados por el mismo grupo de investigadores–, la producción saldría por unos 4 reales la unidad. Sin embargo, para los test del dengue no fue necesario importar anticuerpos.

“Este test es una especie de tres en uno, ya que permite saber si el paciente aún no ha sido infectado, si padece la enfermedad en ese momento o si ya la tuvo en el pasado. Sucede que los anticuerpos de tipo IgM se generan durante la fase aguda de la infección, y los de tipo IgG aparecen después de que el individuo se encuentra teóricamente inmunizado”, dice Valber Pedrosa, investigador del IBB-Unesp .

De acuerdo con el investigador, los test rápidos permiten tener una real dimensión de la epidemia. “Son importantes, pues en Brasil estamos contando únicamente los casos positivos de pacientes internados en hospitales. Pero también es necesario conocer la cantidad de casos asintomáticos y cuántos están inmunizados, para poder planificar con bases firmes el fin de las cuarentenas y de las acciones tendientes al enfrentamiento de posibles nuevas oleadas de la epidemia”, dijo.

El grupo de investigadores del ICB-USP está desarrollando otro tipo de testeo cuyo resultado sale en cuatro horas y debe realizarse en hospitales o centros de análisis clínicos. Se trata de una metodología conocida como ELISA (ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas, por sus siglas en inglés), un test serológico que se aplica para detectar los anticuerpos IgG y IgM y cuya principal ventaja consiste en que no requiere de aparatos demasiado sofisticados.

“La metodología de prueba ELISA permite saber en qué momento de la enfermedad se encuentra el individuo: si está infectado, si ya posee anticuerpos o si ya fue infectado alguna vez en la vida. Este test será sumamente útil durante una próxima fase de la epidemia, pues identifica a las personas que ya se infectaron y no saben que tuvieron la enfermedad”, explica Durigon.

Aparte de los test rápidos para COVID-19 y ELISA, que se encuentran en desarrollo, existe también una técnica de RT-PCR (las siglas en inglés de reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real), el método que cuenta con el aval de la Organización Mundial de la Salud (OMS), mediante el cual se detecta el ARN del virus circulante en el organismo del individuo infectado.

Su resultado, considerado como el patrón oro de las pruebas para COVID-19, pues posee una mayor precisión, sale en unas 12 horas. En Brasil este testeo ha venido aplicándose únicamente en casos graves. (Fuente: AGENCIA FAPESP/DICYT)

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