Desarrollan microarreglos genómicos para detectar agentes patógenos
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 5 de octubre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el fin de vincular el área de salud pública con la investigación de genómica ambiental, María Leticia Arena Ortiz, responsable del Laboratorio de Estudios Ecogenómicos de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), lidera el diseño y elaboración de una herramienta de microarreglos basada en tecnología de ácido desoxirribonucleico (ADN) para la detección de agentes de riesgo en muestras ambientales y de alimentos.
Entrevistada por la Agencia Informativa Conacyt, la especialista señaló que las aplicaciones de esta tecnología genómica se han empleado ampliamente en el campo de la medicina para detectar riesgos en la salud pública, gracias a las sondas de ADN incluidas en su interior. Por medio de este desarrollo, se implementará para detectar riesgos a la salud a partir de muestras ambientales que incluyen agua, aire, alimentos y superficies vivas e inertes.
“Podemos detectar patógenos que están en el agua, el aire, los alimentos y el suelo con esta herramienta. Usualmente, al tomar una muestra se aíslan las bacterias, crecen y se identifican, toma alrededor de dos semanas,, mientras que este microarreglo permite detectar casi 300 patógenos en una sola reacción porque hay en él 38 mil sondas”, apuntó Arena Ortiz.
El proyecto es financiado por el programa Atención a Problemas Nacionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Actualmente, se encuentra en proceso de estandarización una base de datos que incluye los principales padecimientos transmitidos por agua, aire o alimentos en las zonas urbanas y costeras de Yucatán.
El trabajo fue realizado por un grupo de médicos, biólogos, bioinformáticos, que realizaron una búsqueda de literatura y con base en lo reportado generaron una base de datos de las sondas que fueron incluidas en el dispositivo. Por su parte, la empresa Affymetrix sintetizó 38 mil sondas inmovilizadas en el microarreglo para detectar un total de 270 patógenos.
De manera complementaria, el Laboratorio de Ecogenómica de la UNAM, ubicado en el Parque Científico Tecnológico de Yucatán, cuenta con un área novedosa de servicios de lectura de microarreglos para diversas plataformas comerciales, entre las que destaca Affymetrix. Esta plataforma puede tener hasta seis millones de sondas en un solo dispositivo y tiene una diversidad de productos en el campo de la medicina, como detección de cáncer y enfermedades transmitidas por vector, por lo que el servicio está orientado principalmente al sector de salud pública, así como para la investigación científica.
Del ADN metagenómico al microarreglo
Conocida como genómica ambiental o genómica de comunidades, la metagenómica es la rama de la genómica que se encarga del estudio de los genomas de comunidades enteras de microbios, sin necesidad de aislarlos previamente. De acuerdo con el portal ArgenBio, esto constituye una gran ventaja, ya que se considera que con los métodos tradicionales basados en el aislamiento y cultivo previo de los microorganismos, se pierde un gran porcentaje de la muestra.
Dra. Leticia Arena Ortiz.En la propuesta desarrollada por Arena Ortiz, quien está adscrita con nivel I al Sistema Nacional de Investigadores (SNI), se presenta una alternativa para detectar agentes de riesgo a la salud directamente de la muestra ambiental o de alimentos, sin pasar por procedimiento de cultivo y la posterior identificación de los microorganismos de interés.
De acuerdo con la investigadora, esta tecnología está basada en el principio de complementariedad de bases del ADN y utiliza sondas específicas de patógenos que ocasionan enfermedades que se contraen del agua, de los alimentos mal manejados o del aire.
"Extraemos el ADN metagenómico (de todos los genomas que se encuentran en esa muestra) de agua, aire, suelo o alimentos, y lo hacemos entrar en contacto con las sondas que están inmovilizadas en una superficie, si el ADN encuentra su complemento, 'se pegará', emitiendo una luz; las luces nos indican la presencia de dicho patógeno", apuntó.
El proceso inicia con la obtención del ADN metagenómico, que es el conjunto de genomas que se encuentra regularmente en el ambiente. A partir de este, inicia la recuperación de partículas, bacterias, virus, hongos o pólenes de las muestras a través de un filtro de aire.
Con esto, se realiza la extracción del ADN combinado de todo lo obtenido y mediante un complejo procedimiento técnico, el ADN se inyecta en el microarreglo. “Si alguno de los patógenos que está inmovilizado en el microarreglo encuentra su complemento de ADN, nosotros vamos a detectar esos patógenos en el aire, en el agua o en alguna superficie”, apuntó Arena Ortiz.
El microarreglo tiene la capacidad de detectar patógenos como virus, bacterias y hongos. “Incluso consideramos la marea roja como un problema local, y tenemos sondas para detectar microorganismos que proliferan en la marea roja que pueden resultar dañinos”, apuntó Arena Ortiz.
Análisis masivo de datos
Una vez que el microarreglo es probado in vitro, Mario Alberto Martínez Núñez, profesor asociado del Laboratorio de Estudios Ecogenómicos de la UNAM, se encarga de realizar un análisis para conocer los niveles de expresión e identificar en estos la posibilidad de presencia de los patógenos que están representados en el dispositivo.
Martínez Núñez, quien es candidato del SNI, señaló que realiza el análisis masivo de datos mediante algoritmos matemáticos que permiten comparar, de forma rápida y accesible, la información obtenida de las 38 mil sondas de los microarreglos con las diferentes muestras geográficas.
Dr. Mario Alberto Martinez Núñez.“El reto es adaptar estas librerías que se han generado para microarreglos comerciales al microarreglo diseñado de manera específica para este proyecto”, apuntó.
A partir de técnicas desarrolladas para estudiar el ADN desde los años sesenta, los investigadores han afinado el proceso de extracción de una muestra de una superficie inerte como el agua y el aire para extraer todo el ADN que ahí se encuentra, purificarlo y secuenciarlo.
Monitoreo preventivo de riesgos
El propósito final del proyecto es generar un dispositivo que ofrezca de forma confiable y rápida la presencia de microorganismos potencialmente patógenos, genes de virulencia y genes de resistencia a antibióticos, tanto en muestras ambientales como en alimentos. Contar con esta información de manera oportuna, permite dirigir los esfuerzos de las autoridades en caso de riesgo para la población.
El dispositivo permite monitorear sitios recreativos como la costa, las albercas e incluso sistemas de abastecimiento de agua potable, con el fin de prever epidemias como brotes de cólera o de Salmonella shigella, que impactan negativamente en la comunidad.
De acuerdo con Leticia Arena Ortiz, cuando se presenta el brote de una enfermedad infecciosa, usualmente las autoridades toman muestras de alimentos y superficies, y en un periodo de entre tres y cuatro semanas aíslan las bacterias de manera tradicional para estudiarlas en microscopio, observar sus características bioquímicas y compararlas con una bacteria de referencia para determinar su naturaleza. Con la tecnología desarrollada por la UNAM, este procedimiento puede realizarse en tan solo unas cuantas horas.
“Estamos en la fase de estandarizar todos los protocolos. Una vez que el proyecto esté finalizado, la idea es anunciar que la gente puede solicitarnos el microarreglo para analizar agua, alimentos y ambientes hospitalarios, por ejemplo, el ambiente donde están los chicos con leucemia y que requieren de un cuidado especial del aire, agua, alimentos, todo esto va a ser posible con este arreglo”, señaló Arena Ortiz.
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