Ciencia y Humanismo II

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/198/16
Ciudad de México, 5 de septiembre de 2016

• Ingenieros estudian ciertas conductas de la vida para crear dispositivos que diagnostiquen enfermedades in situ o para reducir la capacidad de las bacterias de proliferar en superficies.

Entender los principios de la ciencia del no equilibrio puede contribuir, en ciertos contextos, a resolver desafíos en por ejemplo informática de la salud o proveer de agua, sostuvo la investigadora Jacinta Conrad, de la Universidad de Houston, Estados Unidos, durante la plenaria que ofreció en la Reunión General de la AMC Ciencia y Humanismo II.
Foto: AMC/Elizabeth Ruiz Jaimes.
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La ciencia del no equilibrio estudia sistemas que se encuentran fuera del equilibrio termodinámico, un ejemplo de esto es la vida misma, cuyo estado de movimiento y energía interna de los organismos no se mantienen estables a lo largo del tiempo. Este campo busca comprender principios físicos como la respuesta a la fuerza de gravedad y el flujo que subyacen en los cambios de estos sistemas complejos y entender las consecuencias de estos cambios.

Entender sus principios en ciertos contextos puede contribuir a resolver desafíos en informática de la salud, proveer de agua limpia, restaurar y mejorar la infraestructura urbana, así como la ingeniería de las medicinas, y es en este último rubro en el que ha trabajado la investigadora Jacinta Conrad, de la Universidad de Houston (UH), Estados Unidos, junto con diversos colegas con los que se ha interesado por crear modelos para mejorar dispositivos que tienen que ver con la detección oportuna de enfermedades virales.

Usando como modelo las pruebas de embarazo caseras por ser económicas, prácticas y eficientes, se propuso ver si era posible utilizar un formato similar para detectar virus como el Zika o el ébola en zonas poco accesibles y sin infraestructura hospitalaria.

“Casi todos los métodos de diagnóstico para esos padecimientos son en hospitales, usan equipo sofisticado, caro y se necesita de personal capacitado. Hay que pensar en hacer diagnóstico en el punto de atención para usarlos en lugares que no tienen infraestructura, que sean económicos, sencillos y que casi no requieran de entrenamiento”, dijo durante la plenaria “Fluye, se detiene, se mueve: La ciencia del no equilibrio para los retos en energía y sustentabilidad”, que impartió en la Reunión General Ciencia y Humanismo II de la Academia Mexicana de Ciencias.

El problema con los brotes de virus es que las cifras relevantes son pequeñas, por ejemplo, el ébola tiene de diez a un millón de partículas de virus por mililitro en una muestra y el virus del dengue tiene entre diez y diez mil partículas de virus por mililitro, por lo que el margen de error es muy alto. “Desarrollar métodos que incluyan la capacidad cuantitativa es crítico para que estas aplicaciones detecten la enfermedad porque esta prueba (la de embarazo) es insensible y no es cuantitativa”, señaló.

Con ingeniería a nanoescala Conrad junto con Richard Wilson reemplazó nanopartículas por virus que infectan bacterias —que no hacen daño a humanos— ya que se ha encontrado la manera de hacer a estas últimas funcionales para el reconocimiento de enfermedades virales al conjugar elementos críticos.

“Se puede agregar fluorescencia a las bacterias del género bacillus del tamaño de una micra y seis nanómetros de ancho para poder verlas en microscopía, ya que sirven como reportadores, y con métodos de microescala los contamos. Demostramos que podemos obtener el resultado de una prueba que fue 100 veces el de un ensayo de flujo lateral comparable (prueba de embarazo), lo cual es excelente”, indicó la integrante del Departamento de Química e Ingeniería biomolecular de la UH.

Se prevé que estudios de este tipo contribuyan en el corto plazo a proporcionar en el punto de atención métodos más sensibles de detección de manera temprana o en progresión, pues localizar tempranamente una enfermedad puede ayudar a prevenir o reducir pandemias.

Otro aspecto relacionado con el flujo de materiales en medios complejos en el que se ha enfocado el equipo de la especialista ha sido en el movimiento de bacterias sobre superficies porque estos soportes limitan o apoyan su proliferación y una vez que han colonizado esos espacios dañan materiales o problemas de salud.

“Los biofísicos e ingenieros tienen gran interés por entender cómo y por qué se forman estas comunidades de bacterias. Las biopelículas o poblaciones microbianas se forman cuando las bacterias llegan a una superficie y se pegan, estos microorganismos segregan polímeros que crean el habitáculo y protegen a la comunidad hasta que se vuelve lo suficientemente grande para que se reordenen”.

Se utilizó para ello a la Escherichia coli como modelo. Las bacterias son sistemas de dos fases complejos también llamados coloides; por un lado, tienen estructuras en su exterior llamadas fimbrias que les ayudan a adherirse a las superficies, actúan como velcro, y por otro, tienen flagelos que son como motores que permiten que las bacterias naden. Utilizando métodos microscópicos, observaron la adherencia de las bacterias en distintas superficies.

“Entre nuestros hallazgos destacó que en superficies muy pegajosas las bacterias no se mueven, lo que favorece el crecimiento de nichos bacterianos, mientras que en las superficies que no son tan pegajosas se mueven, se desprenden y siguen su camino. Estas ideas las usamos para sugerir estrategias para evitar que las bacterias infecten espacios”, explicó.

Luz Olivia Badillo.