Biosensores para detectar arsénico
por Julia Pettinari*
E-mail: jul@qb.fcen.uba.ar
En muchos lugares del mundo, y principalmente en Asia, el agua disponible para el consumo de la población está contaminada con arsénico. Este compuesto, junto con los fluoruros, ha sido declarado por la organización mundial de la salud (OMS), como el contaminante inorgánico más importante presente en el agua de consumo.
La exposición al arsénico produce serios problemas de salud. Este compuesto es carcinogénico, y además produce trastornos vasculares, irritación de la piel y las membranas mucosas, y otras patologías. La manifestación clínica de la intoxicación con arsénico se conoce como arsenicosis, para la cual no existe un tratamiento efectivo.
En la actualidad, el país donde existe el mayor problema de contaminación con arsénico es Bangladesh. En este país la mayor parte de la población consume agua de un sistema de pozos, cuyo nivel de arsénico debe ser controlado regularmente. Los niveles de arsénico aceptables en el agua de consumo varían: en los Estados Unidos y en la mayoría de los países europeos no debe superar los 10 microgramos por litro. En el resto del mundo el nivel aceptable es cinco veces mayor, de 50 microgramos por litro. En la actualidad en Bangladesh, el agua de cada pozo se analiza mediante una prueba química. Según el resultado de la prueba, los pozos que tienen un nivel de arsénico menor a 50 microgramos por litro se pintan de verde, mientras que aquellos en los cuales el valor es más alto, se pintan de rojo.
El sistema de detección actual no es muy confiable por debajo de los 70 microgramos por litro, por lo que se estima que alrededor de un 45% de los pozos considerados “seguros” contienen niveles de arsénico por encima del nivel máximo aceptado, con el consiguiente riesgo sanitario para la población (1).
Muchas bacterias, como Escherichia coli, habitante normal de nuestra flora intestinal, poseen sistemas de defensa contra compuestos tóxicos, entre ellos el arsénico. Estos sistemas no están siempre activos, sino que responden a señales que indican que el compuesto químico está presente en el medio. Estas señales "dan la alarma", y producen la activación de ciertos genes, dando como resultado la síntesis de moléculas que ayudan a las bacterias a protegerse del agente químico. El sistema de detección de las bacterias es muy sensible, mucho más que las pruebas químicas utilizadas rutinariamente para medir el arsénico.
Un grupo de investigadores europeos introdujo modificaciones en las bacterias, haciendo que la señal que éstas producen al sensar el compuesto tóxico sea detectable también por los humanos . Para ello introdujeron genes que producen compuestos fluorescentes o coloreados de modo que sean activados por la señal bacteriana, para poder así “visualizar” dicha señal(2).
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| células de E.coli expresando una proteína fluorescente |
Se probaron diferentes tipos de moléculas que se pueden detectar visualmente, ya sea porque producen un color al ponerse en contacto con un sustrato específico, o porque emiten fluorescencia. Se utilizaron genes que codifican para moléculas fluorescentes provenientes de la luciérnaga y de una medusa, y se introdujeron en el cromosoma de las bacterias de manera que se produzcan en presencia de arsénico. De esta manera las bacterias modificadas, al entrar en contacto con una muestra contaminada con el compuesto tóxico dan la alarma, y ésta se traduce en la emisión de una “luz de emergencia” al sintetizarse las moléculas fluorescentes. Para utilizar este método de detección, sin embargo, es necesario contar con equipamiento específico.
Los investigadores desarrollaron también un método más adecuado para ser utilizado en el campo. Introdujeron en el cromosoma de Escherichia coli el gen de la galactosidasa, una enzima que produce color azul al entrar en contacto con un colorante adecuado (Xgal), de modo tal que se active en presencia de arsénico. Luego impregnaron tiras de papel de filtro con una suspensión de bacterias, y las secaron. Estas tiras se pueden guardar en la heladera o a temperatura ambiente por varios meses. Sumergiéndolas en la muestra de agua durante media hora y luego en la solución con el sustrato adecuado, se forma una zona de color azul sobre el papel cuya intensidad es proporcional a la cantidad de arsénico en la muestra. Esta técnica no requiere el uso de equipo especial, por lo que resulta más adecuada para su uso de rutina en el campo.
Estos biosensores permiten analizar la presencia de arsénico a concentraciones mucho más bajas que el método químico utilizado normalmente en la actualidad, no liberan sustancias químicas tóxicas al ambiente, y tendrían un costo muy inferior. Este tipo de sistemas se podrían utilizar también para investigar la presencia de otras sustancias tóxicas. A pesar de estas evidentes ventajas, existen algunas desventajas, principalmente las relacionadas con el uso de microorganismos modificados genéticamente, que podrían ser liberados al ambiente al utilizar estas técnicas.
Si se puede resolver este inconveniente, los biosensores podrían convertirse en una alternativa muy conveniente para detectar la presencia de contaminantes con una alta sensibilidad y un costo reducido.
Referencias
- Rahman, M. M. et al. Effectiveness and Reliability of Arsenic Field Testing Kits: Are the Million Dollar Screening Projects Effective or Not?. Environmental Science and Technology, 36, 5385 - 5394, doi:10.1021/es020591o (2002). |Artículo|
- Stocker, J. et al. Development of a set of simple bacterial biosensors for quantitative and rapid measurements of arsenite and arsenate in potable water. Environmetnal Science and Technology, published online, doi:10.1021/es034258b (2003). |Artículo|
* La autora es jefe de trabajos prácticos
en el Depto. de Química Biológica e Investigadora Asistente del Conicet.
Novedades Revista QuimicaViva. Octubre de 2003
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