Nuevos sensores diferencian entre bacterias vivas y muertas

Las técnicas de laboratorio convencionales requieren horas de cultivo de las muestras para observar si existe proliferación de bacterias, así como para identificarlas y analizarlas; por ejemplo, para determinar qué antibiótico recetar. Ahora, investigadores de la Universidad de Purdue, en Estados Unidos, han desarrollado un nuevo tipo de sensor electrónico que no sólo es capaz de identificar bacterias rápidamente, sino que va un paso más allá al diferenciar entre células vivas y muertas.

Según explica la universidad en un comunicado, el nuevo enfoque agiliza el estudio celular creando un chip electrónico con matrices de cientos de sensores. Cada sensor está preparado para detectar tanto un tipo específico de bacteria como la eficacia de un antibiótico concreto en cuestión de minutos.

De esta forma, el avance no sólo permite detectar e identificar células bacterianas, sino también determinar en cada caso el antibiótico adecuado para eliminarlas. Su aplicación podría ser de gran utilidad para mejorar diagnósticos médicos y en controles de seguridad alimentaria.

Lo curioso del nuevo sensor es su evolución a partir de un dispositivo diseñado originalmente para detectar pequeñas concentraciones de moléculas de ADN con carga negativa en una investigación que comenzó hace cuatro años. “No anticipamos que el sensor se podría utilizar para distinguir bacterias vivas y muertas, sino que llegó con el tiempo en una observación casual", destaca la estudiante Aida Ebrahimi, coautora del estudio.

Conductividad eléctrica

El sensor funciona detectando cambios en la conductividad eléctrica en muestras que contienen células bacterianas. El profesor Muhammad Ashraful Alam, la otra mitad del estudio, explica su funcionamiento comparándolo con los métodos que se podrían utilizar para comprobar si una persona está viva.

Según el ejemplo, se podrían contar los nietos de esa persona generaciones después, que sería el proceso análogo a las técnicas tradicionales basadas en el crecimiento, o bien medir directamente su pulso, el equivalente a la detección de bacterias basada en la osmorregulación. No cabe duda de que los resultados de la medición fisiológica no sólo son más rápidos, sino también superiores.

Para llegar hasta ese punto hay que entender el proceso de osmorregulación. Se trata de un proceso que permite a las células mantener una presión interna adecuada, regulando la entrada y salida de agua, sales minerales y otras sustancias a través de la membrana celular, para que su composición química apenas varíe. En el caso de un cultivo, cuando la muestra empieza a evaporarse del sensor, las células detectan un entorno cada vez más salado, accionando válvulas osmorreguladoras de emergencia en la membrana celular.

Eso provoca la liberación de agua y otras moléculas cargadas incluyendo sales, modificando la conductividad eléctrica de la muestra, que se mide por electrodos. Sin embargo, el cambio varía en función de si la célula está viva o muerta, o incluso dependiendo del tipo específico de bacteria, ya que utilizan canales osmorregulatorios diferentes.

En el caso de la investigación de Purdue, la hipótesis se probó con células mutadas genéticamente, lo que supone que no cuentan con esas válvulas de emergencia y, por tanto, la eficacia para regular la diferencia de presión es menor.
 

Bondades

La superficie del sensor se diseñó específicamente para mantener la forma de la muestra, lo cual es fundamental para que el sistema funcione. A ello se suman dos avances que han permitido su creación, la capacidad de medir los cambios en la conductividad eléctrica de la muestra y el aprovechamiento de la osmorregulación de la célula como base para la detección. Y para eso hay que comprender primero la dinámica de la membrana celular.

"El objetivo es proporcionar una nueva herramienta para la medicina y el control alimentario, por lo que debe ser capaz de identificar rápidamente las bacterias y los antibióticos adecuados para el tratamiento de la infección", subraya Alam. A ello se suma que se trata de una tecnología mucho más práctica, sin necesidad, por ejemplo, de tintar las muestras con colorantes fluorescentes como en las técnicas de laboratorio convencionales.

La tecnología se puso a prueba con bajas concentraciones de bacterias vivas y muertas de E. coli, Salmonela y S. epidermidis. Pero en breve saldrá de los laboratorios, ya que los investigadores han recibido una patente provisional a través de la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Fundación de Investigación de Purdue.