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Revista argentina de microbiología

versión impresa ISSN 0325-7541

Rev. argent. microbiol. vol.44 no.2 Ciudad Autónoma de Buenos Aires abr./jun. 2012

 

EDITORIAL 

La "nano", el "Mano" y la microbiologia clinica

The nanotech, the "Mano" and the clinical microbiology

Each of us have things and thoughts and descriptions of an
amazing universe in our possession that kings in the 17th
century would have gone to war to possess.

Kary Mullís (Premio Nobel de Química 1993)

doi:10.1126/science.2448875.

No hay duda de que las ciencias biológicas han logrado importantes avances durante el siglo pasado, a partir del desarrollo de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Esta reacción, desarrollada conceptualmente en los años setenta, vio la luz a mediados de los ochenta y está basada en el genial concepto introducido por Kary Mullís, un bioquímico estadounidense que obtuvo en 1993 el Premio Nobel de Química a consecuencia de su invento (2). La reacción de amplificación de secuencias de ácidos nucleicos permitió clonar fácilmente cualquier gen, como paso ineludible para su posterior estudio, y es, sin duda, una de las bases sobre las que se han apoyado las tecnologías desarrolladas consecutivamente; entre ellas la secuenciación de ácidos nucleicos, los micro y macroarreglos y la PCR en tiempo real.

Básicamente, la PCR es una reacción de replicación de ácido desoxirribonucleico (ADN) a escala "mega", que se lleva a cabo in vitro en presencia de una ADN-polimerasa termoestable, una cantidad diminuta de ácido nucleico que sirve como molde para la replicación, los cuatro nucleótidos trifosfatos requeridos como sustratos de la polimerasa, ciertas soluciones tampón y dos oligonucleótidos cebadores -uno para cada hebra de ADN-que, al hibridizar con las secuencias que se van a amplificar, ofrecen un punto de partida para la polimerización (3). Así, miles de millones de copias de una secuencia específica se producen en un par de horas, con solo unos 30 ciclos de reacción de PCR.

Esta tecnología no solo catapultó a Mullís al premio Nobel, sino que abrió incontables e inesperadas puertas a la investigación, aun en aspectos no directamente relacionados con la biología. En efecto, el desarrollo de la técnica de PCR produjo una revolución en los procesos de electrónica y física aplicada, y llevó a mejoras de diseño y funcionamiento en los aparatos utilizados para la reacción, llamados termocicladores. A su vez, los avances en el clonado de genes y en la producción de proteínas recombinantes causaron un efecto dominó en áreas como la secuenciación de ácidos nucleicos y el análisis de mezclas complejas de proteínas. Una última evolución conceptual ha sido el desarrollo de la PCR en tiempo real, en la cual el uso de marcadores fluorescentes específicos adicionados a los oligonucleótidos permite seguir la cantidad de ADN amplificado y, por lo tanto, su cuantificación directa a través de un sistema de censado óptico.

El progreso en los procesos de miniaturización ha llevado a la generación de herramientas micrométricas, diseñadas para ejecutar una variedad de ensayos. Estas herramientas integran todas las etapas del ensayo en un único pequeño instrumento, concepto conocido como "laboratorio en un chip" (1). Esta sucesión de cambios comandó la evolución de la física aplicada a la biología y generó nuevos modelos de trabajo, entre los cuales se destaca con enorme potencialidad el uso de la escala "nano", es decir, aquella que utiliza componentes cuyo tamaño es de una milmillonésima parte del tamaño "normal" (10~9 m), en el intervalo de 1 a 100 nm. El trabajo académico e industrial en este área es intenso y está dirigido al empleo de las nanotecnologías en el diagnóstico por imágenes, el diagnóstico y el seguimiento de patologías y la determinación de biomarcadores, entre otras muchas aplicaciones que nos sorprenden todos los días desde las revistas especializadas.

En el caso de la microbiología clínica, las consecuencias de estas nanotecnologías son tan asombrosas como fue en su momento la irrupción de la PCR y el desarrollo de microtécnicas basadas en microlitros de materiales, de muestras o de reactivos. En efecto, la nanofluídica (manipulación de líquidos y soluciones a escala nano de volumen) se rige por leyes físicas que se alejan de las imperantes en la escala macro. Algunas de estas divergencias explican la reducción de la viscosidad y permiten generar dispositivos de escala muy pequeña, en los cuales se puede manejar el régimen de flujo y la velocidad de encuentro de los distintos reactivos y analitos de una muestra biológica. A su vez, esto se traduce en una mayor especificidad y sensibilidad de las técnicas.

Los nuevos aprovechamientos de materiales como siliconas, plásticos e incluso papel, usados como soportes de estos dispositivos, junto con la posibilidad de recurrir a manipulaciones genéticas para producir reactivos (proteínas inmunogénicas, anticuerpos recombinantes, etc.), han desembocado en una posibilidad que se va tornando cada vez más en una realidad concreta: el desarrollo de materiales de diagnóstico de enfermedades infecciosas al lado del paciente. La evaluación in situ de la presencia de un agente infeccioso se realiza con muestras de volumen mínimo, equipamientos muy simples, de bajo costo, y dispositivos descartables. Aunado al escaso consumo de reactivos y al abaratamiento de costos al llegar a etapas de producción masiva, este tipo de elementos o equipos, que pueden ser utilizados en lo que se denomina tecnología diagnóstica Point-of-Care (POC), parecen ser una panacea para los países de bajos recursos o con zonas geográficas de difícil acceso, donde el paciente está lejos de los centros de mediana complejidad. Algunos ejemplos de estas nuevas tecnologías los constituyen los microchips para inmunoensayos, para citometría de flujo y, sorprendentemente, para el diagnóstico de resistencia a antibióticos en muestras biológicas, los que utilizan células bacterianas individuales.

En nuestro país, investigadores de la Universidad Nacional de San Martín, conjuntamente con grupos del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), han desarrollado sistemas portátiles para el diagnóstico de enfermedades animales y humanas. Hasta el momento se han producido prototipos que permiten detectar anticuerpos específicos contra la brucelosis y la fiebre aftosa en el ganado, y contra la enfermedad de Chagas y el síndrome urèmico hemolítico en humanos (para mayor detalle, visitar la página web http://www.inti.gob.ar/sabercomo/sd 07/inti3.php).

Tiempo atrás, una ¡cónica historieta argentina, "El Eternauta", mostraba a un personaje extraterrestre con manos que tenían más de los cinco dedos humanos naturales. Este personaje, el "Mano", era capaz de operar a enorme velocidad equipos con paneles plagados de botones y controles, gracias a sus dedos extras. Cuarenta años más tarde, no nos sorprendemos de ver a nuestros jóvenes manejando sus teclados de tecnología celular a gran velocidad en cualquier situación de la vida cotidiana. Parece acertado asumir que en un futuro cercano, la microbiología clínica estará tan impactada y modificada por las nanotecnologías como en su momento lo estuvo por la PCR, el Western blot o las hibridizaciones de ácidos nucleicos. Por lo tanto, sería prudente comenzar a introducir en el dictado de los cursos de microbiología los conceptos teóricos de las nuevas nanotecnologías, a fin de despertar el interés de los profesionales jóvenes y de los alumnos de las carreras con incumbencia en salud. De esa manera, se ayudaría a que los profesionales que en un futuro asistan al cambio de tecnologías puedan hacerlo desde una posición que no solo les permita comprenderlas como usuarios, sino también perfeccionarlas, participando de los desarrollos tecnológicos correspondientes.

Hector R. Morbidoni
Cátedra de Microbiología, Virología y Parasitología Facultad de Ciencias Médicas Universidad Nacional de Rosario, Argentina E-mail: morbiatny@yahoo.com

Ana M. Jar
Cátedra de Inmunología Facultad de Ciencias Veterinarias Universidad de Buenos Aires, Argentina E-mail: amjar@fvet.uba.ar

1 - Figeys D, Pinto D. Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences. Anal Chem 2000; 72: 330A-5A.         [ Links ]

2- Mullis KB, Faloona FA. Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods Enzymol 1987; 155: 335-50.         [ Links ]

3- Saiki RK, Gelfand DH, Stoffel S, Scharf SJ, Higuchi R, Horn GT, Mullis KB, Erlich HA. Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase. Science 1988; 239: 487-91.         [ Links ]