Las bacterias brillantes pueden algún día proteger a las personas de las minas terrestres

Las bacterias brillantes pueden algún día proteger a las personas de las minas terrestres

Las minas terrestres que quedaron de conflictos pasados, o los que aún se libran, representan una amenaza silenciosa para millones de personas en todo el mundo. Con la ayuda de bacterias que brillan en su presencia, estos peligros ocultos pueden algún día ser encontrados y eliminados o destruidos de manera segura.

Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén han pasado una década desarrollando sensores de minas terrestres vivas utilizando la bacteria E. coli. En estudios recientes, describen sus últimos avances. Mediante el uso de la ingeniería genética, pueden convertir cada bacteria en “una luciérnaga en miniatura” en presencia de una sustancia química asociada con los explosivos, dijo Shimshon Belkin, microbiólogo de la Universidad Hebrea que dirige la investigación.

En 2019, más de 5.500 personas murieron o resultaron heridas por minas terrestres y restos explosivos de guerra, y el 80 por ciento de ellos eran civiles, según la Campaña Internacional para la Prohibición de las Minas Terrestres. Las minas terrestres antipersonal, que pueden tener solo unos centímetros de diámetro y se pueden ocultar fácilmente, son especialmente peligrosas. Las estimaciones varían para el recuento mundial de minas terrestres enterradas, pero llegan a 110 millones.

Se han probado muchas estrategias para localizar minas terrestres, como el uso de detectores de metales y el adiestramiento de animales detectores, incluida una rata galardonada que ayudó a localizar 71 minas terrestres antes de que se retirara. Cada método equilibra los beneficios con los riesgos y los costos.

La idea de recablear bacterias para detectar minas terrestres se originó con Robert Burlage, entonces en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee. A mediados de la década de 1990, el Dr. Burlage trabajó para hacer que las bacterias se iluminaran en respuesta a los desechos orgánicos y el mercurio. Buscando una nueva aplicación para esta técnica, se le ocurrió la idea de intentar apuntar a los químicos de las minas terrestres.

Aunque el Dr. Burlage realizó algunas pequeñas pruebas de campo, no pudo obtener más fondos y siguió adelante. “Mi historia de dolor”, dijo el Dr. Burlage, ahora profesor en la Universidad Concordia de Wisconsin.

El trabajo del Dr. Burlage fue una inspiración para los investigadores israelíes, y dice que les desea lo mejor en sus esfuerzos por hacer avanzar la tecnología.

Las bacterias son baratas y prescindibles y pueden esparcirse por una gran cantidad de terreno. Y son relativamente rápidos para informar: en cuestión de horas, o hasta un día, brillan o no.

En estudios publicados el año pasado en Current Research in Biotechnology and Microbial Biotechnology, el Dr. Belkin y su equipo describen manipular dos componentes clave del código genético de E. coli: fragmentos de ADN llamados “promotores” que actúan como interruptores de encendido / apagado. para los genes y los “informadores” que provocan reacciones de emisión de luz. Para producir este efecto, los investigadores tomaron prestados genes de bacterias marinas que emiten luz de forma natural en el océano.

Los científicos sintonizaron la bacteria con una sustancia química llamada 2,4-dinitrotolueno o DNT, un subproducto volátil del trinitrotolueno o TNT. Con el tiempo, el vapor de DNT se filtra en el suelo que rodea una mina terrestre y las bacterias pueden olfatearlo.

En lugar de deambular libremente, las bacterias están inmovilizadas en pequeñas perlas gelatinosas que las alimentan mientras trabajan. Cada cuenta, de aproximadamente uno a tres milímetros de ancho, contiene alrededor de 150.000 células activas.

Estos últimos cultivos de bacterias modificadas genéticamente reaccionan más rápido y son más sensibles que las bacterias en las primeras pruebas de campo del grupo, dijo el Dr. Belkin. Y los científicos ya no necesitan usar una señal láser para activar el brillo.

Un desafío clave para el que el grupo está trabajando es localizar de manera segura las bacterias bioluminiscentes en un campo minado real. Cuando detectan minas terrestres, su brillo es tan tenue que la luz de la luna, las estrellas o las ciudades cercanas podrían ahogarlo.

Para ayudar a abordar este problema, Aharon J. Agranat, un bioingeniero de la Universidad Hebrea, y otros investigadores informaron en abril en la revista Biosensors and Bioelectronics que habían desarrollado un dispositivo que protege a las bacterias y detecta su brillo. Este sistema de sensores puede luego informar sus hallazgos a una computadora cercana, pero no se ha probado fuera de un laboratorio.

Los investigadores también han realizado recientemente pruebas de campo en Israel, colaborando con el ejército israelí para garantizar la seguridad de los experimentos, así como con una compañía de defensa israelí. Los resultados de estas pruebas no se han publicado, pero el Dr. Belkin los calificó como “generalmente muy exitosos”.

En el futuro, el equipo espera usar drones para desplegar sensores de bacterias en un campo minado, eliminando la necesidad de que los humanos se acerquen.

El Dr. Burlage se encontró con otro problema hace décadas con el que el grupo de la Universidad Hebrea lidia incluso ahora: la temperatura. Los sensores de bacterias israelíes funcionan solo entre 59 y 99 grados Fahrenheit, lo que significa que los investigadores deberán descubrir cómo adaptar sus sistemas a condiciones desérticas más abrasadoras.

Los bioingenieros israelíes también reconocen que sus sensores de bacterias podrían usarse tanto con fines humanitarios como militares. DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, contribuyó con fondos para su investigación.

No obstante, los sensores de bacterias para minas terrestres ejemplifican cómo el campo de la biología sintética ha crecido “a pasos agigantados en las últimas décadas”, dijo el Dr. Timothy K. Lu, cofundador de Senti Biosciences e ingeniero biológico en el Instituto de Massachusetts de Tecnología, que no participó en estos estudios.

“Es muy emocionante y espero ver este tipo de aplicaciones comenzar a migrar del laboratorio al mundo real”, dijo el Dr. Lu.

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