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Colonias de microbios resplandecientes. [Más]

Como los canarios en las minas, a menudo los microbios sienten los peligros medioambientales antes que los humanos. Es fácil ver la reacción en un canario. Pero ¿cómo saber lo que siente un microbio? ¿Cómo se le engatusa para que se comunique con nosotros?

Un modo de hacerlo es conectándolo a un chip de silicio.

Gary Sayler, microbiólogo de la Universidad de Tennessee, y sus colegas, han desarrollado un dispositivo que emplea chips para recoger las señales emitidas por ciertas bacterias especialmente alteradas. Los investigadores ya habían usado estos dispositivos, conocidos por CIBBs, o Circuitos Integrados Bioinformadores Bioluminiscentes, para localizar la polución en tierra. Ahora, con el apoyo de la Oficina para la Investigación Biológica y Física de la NASA, se está diseñando una versión para naves espaciales.|

El grupo de Sayler, que incluye a los investigadores Steve Ripp, Syed Islam y Ben Blalock, además de otros colaboradores en el JPL y el Centro Espacial Kennedy, han creado microbios, mediante bioingeniería, que emiten un brillo azul-verdoso en presencia de contaminantes. Tras lo cual unieron estas bacterias a microluminómetros (chips diseñados para medir la luz).

Según Sayler, los CIBBs aportan un método de detección de contaminantes de bajo costo y poco gasto energético. Son diminutos: cada CIBB mide 2 x 2 mm, y el dispositivo completo, incluyendo su fuente de alimentación, tendrá aproximadamente el tamaño de una caja de cerillas, e inspeccionará sus alrededores continuamente.

La NASA está interesada en sensores de contaminación porque las naves espaciales están fuertemente selladas. Los vapores invisibles producidos por los experimentos científicos o las toxinas originadas por los hongos y otros bioproductos se pueden acumular y representan un peligro para los astronautas. Podemos fabricar CIBBs que detecten casi todo: amoniaco, cadmio, cromo, cobalto, cobre, proteínas, plomo, mercurio, PCB, ultrasonidos, radiación ultravioleta, zinc – la lista no tiene fin.

El circuito integrado microluminómetro. Tamaño real 2 x 2 mm. [Más]

El sistema es sorprendentemente duro. Los microbios prosperan en una amplio abanico de medio ambientes, de modo que es factible diseñar CIBBs que sobrevivan en entonos extremos o altamente contaminados. “De hecho pueden hacer su trabajo suspendidos en cosas tales como mezclas de agua y combustible de avión” afirma Sayler maravillado.

Aunque los microbios pueden protegerse a si mismos de las toxinas, siguen teniendo varias necesidades, por ejemplo: comer. Mantenerlos vivos, dice Sayler, “es una parte significativa del trabajo”.

Uno de los problemas radica en la necesidad de inmovilizarlos para que permanezcan justo al lado del chip. El reto, dice Sayler, es intentar averiguar cómo inmovilizar a los microbios de modo que puedan sobrevivir el mayor tiempo posible.

Los investigadores están probando varias sustancias que mantengan a los microbios en su sitio. Por supuesto debe ser algo con buena transparencia óptica, de modo que si los microbios se iluminan, el chip pueda percibirlo. El inmovilizador debe ser poroso, para que cualquier tipo de contaminante pueda fluir hacia su interior y alcanzar a los microbios. Debe contener nutrientes para alimentar a estos. Debe permitir a los microbios una movilidad suficiente, pero no demasiada. “Básicamente estamos intentando alimentar a los organismos inmovilizados en su pipeta sin permitirles crecer. Realmente no deseamos que crezcan demasiado, o nada en absoluto Si crecen, cambia la cantidad de células del sistema, y descuadra la cantidad de luz emitida que corresponde al cada nivel de contaminante”.

Estructura básica de un CIBB. [Más]

(Para cada chip hacen falta unos pocos miles de microbios, dice Sayler, de modo que generen la luz necesaria. Aunque no son tantos como parecen – solo los necesarios para cubrir la punta de un alfiler).

Sayler espera desarrollar un gel en el que los microbios se mantengan operativos durante varios meses. Los sensores podrían probablemente fijarse a las paredes de los vehículos espaciales e inspeccionarían constantemente la atmósfera de la nave. También se vigilarían a si mismas, para asegurarse de que siguen funcionando.. “Podemos inducir a las células eléctricamente para que se iluminen, y así examinar el sistema cada poco tiempo, comprobando que aún sigue fisiológicamente activo”.

Gary Sayler es el director del Centro de Biotecnología Medioambiental de la Universidad de Tennessee (Knoxville). [Más]

“Tras, digamos seis meses, el chip enviaría una señal que dijese: ‘hey, hora de remplazar tu detector de bichos’. Un astronauta iría a por un paquete de semillas liofilizadas de microbios, les añadiría un poco de humedad y las pegaría a los detectores”. No haría falta hacer nada más hasta que llegase de nuevo la señal de apagado, seis meses más tarde. Es un sistema de bajo mantenimiento.

Estos CIBB también son útiles en la Tierra. Pueden detectar formaldehídos emitidos por los muebles de madera prensada o los hongos difíciles de detectar e implicados en el síndrome de los edificios enfermos. “Si este dispositivo funciona según lo planeado, se convertiría en un método barato de inspección de sistemas”, dice Sayler. “Podrías ir a la tienda de la esquina, comprarte uno de estos, llevarlo a casa y pegarlo en tus paredes. Podría decirnos si las moquetas liberan gas o si tienes problemas como el moho negro”.

CIBBs avanzados podrían actuar como inspectores de bioterrorismo en la Seguridad Nacional, como método para detectar radiaciones dañinas para el ADN de los astronautas, o como herramienta de diagnóstico para los doctores. Como ejemplo, Sayler imagina un futuro donde los CIBBs sean parte de un programa de tratamiento para diabéticos. Un CIBB implantable equipado con un chip radiotransmisor podría vigilar el nivel de glucosa en la sangre y comunicarse con un sistema remoto de suministro de insulina. Tales dispositivos podrían también inspeccionar los fluidos corporales en busca de ciertas proteínas producidas por los tumores – en otras palabras, podrían funcionar como un sistema de alerta temprana del cáncer.

Hace falta mucha más investigación antes de que estas ideas se hagan realidad. Conseguir que un CIBB funcione en las lanzaderas espaciales es un buen punto de partida.