Análisis biotecnológico novedoso para uso en campo o en el laboratorio permite la detección de fluoruro

Alrededor de un tercio de la población humana bebe agua de los recursos de agua subterránea. De esto, alrededor del 10%, aproximadamente trescientos millones de personas, obtienen agua de los recursos de agua subterránea que están muy contaminados con arsénico o fluoruro. Cuando se consume en grandes cantidades durante largos períodos de tiempo, el fluoruro puede causar fluorosis esquelética, una afección dolorosa que endurece los huesos y las articulaciones.

Los métodos de laboratorio actuales para medir los niveles de fluoruro en las aguas subterráneas son caros y requieren mucho tiempo y pueden no estar disponibles en los países en desarrollo. Los investigadores de la Universidad Northwestern (Evanston, IL, EUA) sugieren reemplazar esta metodología con un ensayo rápido, fácil de usar y económico basado en biotecnología.

Este ensayo comprende un biosensor que consiste en un sistema libre de células que contiene una plantilla de ADN que codifica un ribointerruptor sensible al fluoruro, que regula los genes que producen una salida fluorescente o colorimétrica. Un ribointerruptor es un segmento regulador de una molécula de ARN mensajero que se une a una molécula pequeña, provocando un cambio en la producción de las proteínas codificadas por el ARNm. Por lo tanto, un ARNm que contiene un ribointerruptor está involucrado directamente en la regulación de su propia actividad, en respuesta a las concentraciones de su molécula efectora. En el sistema de análisis actual, la presencia de fluoruro hace que el ARN produzca una enzima proteica que produce un pigmento amarillo que es fácilmente visible a simple vista.

El autor principal, el Dr. Julius Lucks, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Universidad Northwestern, dijo: “El ARN se pliega en un pequeño bolsillo y espera un ion fluoruro. El ion puede encajar perfectamente en ese bolsillo. Si el ion aparece, entonces el ARN expresa un gen que vuelve el agua amarilla. Si el ion no aparece, entonces el ARN cambia de forma y detiene el proceso. Es literalmente un interruptor”.

Los reactivos para pruebas individualizadas se pueden liofilizar para poder ser almacenados durante plazos largos. Después de la reconstitución con 20 microlitros de muestra líquida y la incubación a temperatura ambiente durante dos horas, la prueba podría detectar fluoruro a niveles superiores a dos partes por millón, el estándar regulador más estricto de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, tanto en condiciones de laboratorio como de campo.

El prototipo de ensayo se probó con éxito en Costa Rica, donde el volcán Irazú causa una fuerte contaminación de las aguas subterráneas con fluoruro.

“En los Estados Unidos, escuchamos sobre el flúor todo el tiempo porque está en la pasta de dientes y en el suministro municipal de agua”, dijo el Dr. Lucks. “Produce fluoruro de calcio, que es muy duro, por lo que fortalece el esmalte dental. Pero por encima de cierto nivel, el fluoruro también endurece las articulaciones. Esto no es un problema en Estados Unidos. Pero puede ser un problema debilitante en otros países si no se identifica y aborda. Cada prueba en estas muestras de campo funcionó. Es emocionante que funcione en el laboratorio, pero es mucho más importante saber que funciona en el campo. Queremos que sea una solución fácil y práctica para personas que tienen la mayor necesidad. Nuestro objetivo es capacitar a las personas para monitorizar la presencia de flúor en su propia agua”.

La prueba de detección de fluoruro se describió en la edición en línea del 13 de diciembre de 2019 de la revista ACS Synthetic Biology.

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Universidad Northwestern