Los virus que atacan a las bacterias, los bacteriófagos, pueden ser quisquillosos: solo inyectan su material genético en las bacterias que les convienen. La inquietud de los bacteriófagos se puede aprovechar para detectar especies específicas de bacterias. Científicos de Varsovia acaban de demostrarque los biosensores basados en bacteriófagos serán mucho más eficientes si antes de la deposición en la superficie del sensor de bacteriófagos su orientación se ordena en un campo eléctrico.
En el futuro, un método eficaz para detectar una determinada especie de bacteria será un biosensor basado en bacteriófagos. La sensibilidad de los sensores de corriente recubiertos con bacteriófagos, es decir, virus que atacan a las bacterias, está lejos de ser ideal. En la revista Sensores y actuadores B: químico , investigadores del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia IPC PAS en Varsovia, Polonia, han presentado un método para crear capas de bacteriófagos que aumenta significativamente la eficiencia de detección. Este logro, financiado por el Instituto Nacional de PoloniaCenter for Science dentro de las subvenciones SONATA y MAESTRO, allana el camino para la producción de biosensores de bajo costo, capaces de detectar de manera rápida y confiable especies específicas de bacterias.
La detección tardía e identificación de bacterias ha sido - y, lamentablemente, sigue siendo - la causa de muchas tragedias. La falta de pruebas médicas fiables y rápidas que, incluso en estos días, los médicos solo descubren después de varias horasLas especies bacterianas están causando estragos en el cuerpo del paciente. Como resultado, en lugar de administrar el antibiótico óptimo en una etapa temprana de la enfermedad, tienen que adivinar y, a menudo, equivocarse, con consecuencias desastrosas para el paciente.
"Las infecciones hospitalarias, a las que sucumben 100 mil pacientes solo en los Estados Unidos cada año, son solo algunos de los problemas derivados de la falta de buenos métodos para la detección de bacterias indeseables. La contaminación industrial no es menos importante. Nadiequiere vender, y mucho menos comprar, por ejemplo, jugo de zanahoria con la adición de bacterias peligrosas que causan fiebre tifoidea o sepsis. Sin embargo, estos casos continúan ocurriendo ", dice el Dr. Jan Paczesny IPC PAS.
Durante algún tiempo se ha intentado construir sensores para detectar bacterias en las que los bacteriófagos desempeñan un papel clave. Un solo fago, con una longitud de unos 200 nanómetros, consta de una cabeza cápside que contiene ADN o ARN yuna cola a través de la cual se inyecta material genético en el interior de las bacterias. La boca de la cola está rodeada de fibrillas. Desempeñan una función muy importante: son receptores que detectan la presencia de bacterias y reconocen su especie. El bacteriófago no puede tomar ningunaRiesgos: su material genético debe llegar al interior de sólo aquellas bacterias que tienen una maquinaria genética adecuada.Si el fago cometiera un error e inyectara su código genético en la bacteria equivocada, entonces, en lugar de duplicarse, se autodestruiría.
La estructura específica de los bacteriófagos significa que cuando se depositan en la superficie se disponen al azar, y la mayoría de ellos no pueden penetrar eficazmente el espacio que los rodea con sus receptores en busca de bacterias. Como resultado, solo unos pocos bacteriófagos enla capa de detección de los biosensores actuales puede cumplir su función y la sensibilidad del equipo se reduce considerablemente.
"Las cabezas de los fagos están cargadas eléctricamente negativamente, mientras que los filamentos que penetran en los alrededores son positivos. Por lo tanto, el bacteriófago es una entidad polarizada eléctricamente. Esto nos dio la idea de 'ordenar' los bacteriófagos utilizando un campo eléctrico", dice la estudiante de doctorado Kinga Matu? a IPC PAS.
La idea era simple, pero su implementación resultó estar lejos de ser trivial.
"Hay una alta presión de hasta 50 atm en las cabezas de los fagos. Esto es lo que permite al bacteriófago inyectar su material genético. Eso está bien, solo que esto significa que a los bacteriófagos les gustan las soluciones altamente salinas, porque entonces la diferencia de presión entre losLa cabeza y el medio ambiente se reduce. Tales soluciones son altamente conductoras, por lo que el campo eléctrico en su interior está presente solo en una capa delgada en la superficie, más adelante desciende a cero. Y hay un problema. Afortunadamente, hemos logradoresolverlo ", explica el estudiante de doctorado? ukasz Richter IPC PAS.
Durante sus experimentos, los científicos con sede en Varsovia, dirigidos por el profesor Robert Holyst, utilizaron un campo eléctrico constante adecuadamente seleccionado. Los bacteriófagos se depositaron sobre un sustrato de vidrio cuidadosamente construido, recubierto primero con titanio y luego con oro. El titanio sirvió comoel pegamento unía el oro con el vidrio, mientras que el oro era el principal 'cebo' al que se unían los bacteriófagos. Desafortunadamente, no solo a los bacteriófagos les gusta el oro, también lo hacen las bacterias. Para evitar la unión de bacterias aleatorias con la capa de oro, el vacíoLos espacios entre los bacteriófagos depositados se cubrieron con una proteína neutra caseína.
Se utilizaron bacteriófagos T4 que atacan a la bacteria Escherichia coli para construir la nueva capa de detección en el IPC PAS. Los fagos para los estudios fueron preparados por el equipo del Prof. Marcin? O? Del Departamento de Biología de la Universidad de Gda? Sk.
"Prácticamente todos los bacteriófagos en nuestras capas de detección se encuentran en la superficie del sustrato, por lo que pueden esparcir fácilmente sus receptores. La situación es algo similar a lo que se ve en un concierto de rock, donde los fanáticos a menudo levantan la mano por encima de sucabezas al unísono y agitarlas alegremente en todas direcciones. Tenemos la impresión de que nuestros fagos son aún más felices, porque tratamos de no colocarlos demasiado cerca unos de otros. Después de todo, los receptores de los vecinos no deben interferir entre sí ".dice el profesor Holyst con una sonrisa.
Meticulosas pruebas de laboratorio han establecido que las capas de bacteriófagos producidas con el método desarrollado en el IPC PAS atrapan hasta cuatro veces más bacterias que las capas existentes. Como resultado, su sensibilidad es cercana a la de los mejores biosensores que utilizan otros, másmétodos de detección de bacterias que consumen mucho tiempo y son costosos.
El método de preparación de capas de bacteriófagos ordenados desarrollado en Varsovia tiene numerosas ventajas. La creación de un campo eléctrico externo, que es necesario para poner en orden los bacteriófagos, no es muy costosa. El campo actúa a través del espacio y por lo tanto el contacto directo delos electrodos con la solución no son necesarios. La presencia de un campo eléctrico externo también significa que hay significativamente menos interferencia fisicoquímica que en la situación en la que la corriente pasa a través de la solución. Al mismo tiempo, el método es rápido y universal: puedeser utilizado no solo para bacteriófagos sino también para otras moléculas polarizadas eléctricamente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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